Bài giản về CadCamCnc cadcamcnc11 cnc controller1

Điều khiển thích nghi là dùng hệ thống điều khiển để đo 1 hoặc nhiều biến số của qúa trình lực cắt, nhiệt độ, công suất, v.v.. Điều khiển số nhờ  Với CNC, chương trình được cho vào một

ĐIỀU KHIỂN MÁY

NC BẰNG MÁY TÍNH

(CNC)

Thạc sĩ Lê Trung Thực

 Điều khiển số nhờ máy tính

 Direct Numerical Control

 Phối hợp giữa DNC và CNC

 Các hệ thống điều khiển thích nghi

 Xu hướng phát triển của CNC

 Computer numerical control (CNC)

 Direct numerical control (DNC)

 Adaptive control (AC)

Write của nó

 Một trong những khác biệt của CNC là

một máy tính điều khiển một máy công cụ Khác với DNC là dùng 1 máy tính để điều khiển nhiều máy công cụ riêng biệt

Khái niệm

• Điều khiển thích nghi không đòi hỏi máy tính số Điều khiển thích nghi là dùng hệ thống điều khiển để đo 1 hoặc nhiều biến số của qúa trình (lực

cắt, nhiệt độ, công suất, v.v.) và thay đổi lượng

ăn dao và (hoặc) tốc độ cắt để bù trừ vào

những thay đổi có hại của các biến số của qúa trình

• Mục đích của điều khiển thích nghi:

• - Tối ưu hóa qúa trình gia công mà máy NC đơn

độc không thể thực hiện được

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

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

Những khó khăn của

NC cổ điển

• Có lỗi khi lập trình gia công do:

• - Cú pháp sai

• - Số sai

• Để cho băng lỗ đúng, phải chỉnh

sửa đến 3 – 4 lần hoặc hơn nữa

• Khó đạt được trình tự gia công tốt

nhất

Những khó khăn của

NC cổ điển

 Vận tốc và lượng ăn dao không tối

ưu vì không thể thay tốc độ và lượng ăn

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

 Băng đục lỗ dễ bị rách

 Bộ đọc băng là phần cứng yếu kém

nhất của máy NC Khi có sự cố, nhóm thợ bảo trì thường bắt đầu tìm nguyên

nhân nơi máy đọc băng.

 Controller: Bộ điều khiển NC cổ điển là

loại cứng (hard – wired)

Những khó khăn của

NC cổ điển

Hệ thống NC cổ điển không đảm bảo thông tin theo thời gian khi gia công Những thông tin này có thể gồm: máy có sự cố và thay dụng cụ cắt

Công nghệ sản xuất các

bộ điều khiển NC

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

 Bóng chân không (Circa 1952)

 Electromechanical Relays (Circa 1955)

 Discrete semiconductors (circa 1960)

 Intergrated Circuite (circa 1965)

 Direct numerical control (circa 1968)

 Computer numerical control (circa 1970)

 Microprocessors and Microcomputers (circa 1975)

Công nghệ sản xuất các

bộ điều khiển NC

• 1982: 286 Microprocessor Number of Transistors:

134,000

• Speed: 6MHz, 8MHz, 10MHz, 12.5MHz

• Within 6 years of it release, there were an estimated 15

million

286-• based personal computers installed around the world.

• 1985: Microsoft ships Windows 1.0

• 1986: Intel ships the 16 MHz 80386 processor

– Compaq Computer introduces the first 80386-based computer.

• 1989: Intel 486? DX CPU Microprocessor 1990: Microsoft

ships Windows 3.0

– Number of Transistors: 1.2 million

– Speed: 25MHz, 33MHz, 50MHz

• 1993: Intel introduces the 60 MHz Pentium processor

Number of Transistors: 3.1 million

– Microsoft ships the Windows NT operating system.

Công nghệ sản xuất các

bộ điều khiển NC

• 1997: Intel® Pentium® II Processor Number

of Transistors: 7.5 million

– Speed: 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz

• 1999: Intel® Celeron? Processor

• 1999: Intel® Pentium® III Processor

Number of Transistors: 9.5 million

Công nghệ sản xuất các

bộ điều khiển NC

 2003

– To date, Intel has shipped one billion x86 processors – Advanced Micro Devices launches the 2.2 GHz 64-bit Athlon 64 processor.

• 2006, January 10

– Apple Computer introduces the MacBook Pro, their first Intel-based, dual-core mobile computer, as well

as an Intel-based iMac.

Điều khiển số nhờ

 Với CNC, chương trình được cho vào

một lần và được lưu trong bộ nhớ

máy tính Vì vậy máy đọc băng lỗ chỉ dùng khi nạp các chương trình và dữ liệu gốc So với các máy NC

thông thường máy CNC mềm dẻo

hơn, khả năng tính toán tốt hơn

Cấu hình chung của một

hệ thống CNC

Các chức năng của

CNC

 Điều khiển máy công cụ (Machine tool

control)

 Hiệu chỉnh bán kính dao trong qúa trình gia

công (In – process compensation)

 Cải thiện việc lập trình và vận hành

(Improved Programming and Operating features)

 Chẩn đoán (Diagnostics).

 Ưu điểm chính của CNC là chứa đựng các

khả năng điều khiển trong bộ điều khiển

mềm (soft – wired)ø Một số chức năng

điều khiển như nội suy cung tròn có thể

được thực hiện trong HTĐK gắn cứng (hard – wired) thì tốt hơn so với gắn mềm

Sự phát triển CNC đi theo 2

hướng

 Hybrid CNC: CNC lai (phối hợp cả

gắn cứng và gắn mềm)

 Straight CNC: CNC trực tiếp (chỉ sử

dụng bộ điều khiển gắn mềm)

Sơ đồ HT Hybrid CNC

Trong hệ thống lai (Hybrid

CNC )

• Các thành phần gắn cứng (Hard –

wired components) thực hiện các chức năng có lợi nhất như

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

• Nội suy đường tròn (Circular

Interpolattion)

• Các chức năng khác do computer wired components) thực hiện.

(soft-• Hybrid CNC được sử dụng khá rộng rãi

vì giá rẻ hơn Straight CNC.

Sơ đồ Straight System

Trong hệ thống trực tiếp (Straight CNC):

 Máy tính thực hiện mọi chức năng

 HT trực tiếp Straight đắt tiền hơn nhưng mềm dẻo hơn

Bù trừ trong qúa trình

gia công

 Hiệu chỉnh bán kính dao trong qúa trình gia công,

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

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

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

 Điều chỉnh bán kính dao

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

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

Cải thiện được việc lập trình

và thao tác

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

 Cho hiện đường chạy dao để kiểm tra

băng lỗ.

 Nhiều kiểu nội suy: đường tròn, barabol, cubic

 Sử dụng các chương trình con chuyên dùng

 Nhập dữ liệu bằng tay (Manual Data Input).

 Có thể lưu trữ nhiều chương trình

Chẩn đoán (Diagnostic

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

• 2/ Ra dấu hiệu cảnh báo về một sự cố có thể xảy ra, nhờ vậy giảm

thời gian sửa chữa và tăng năng

suất lao động

• 3/ Hệ thống CNC phải có một số

thành phần dự trữ để khi có hư

hỏng thì thay thế ngay, không để

máy chờ

Ưu điểm của CNC

• 1/ Băng chương trình và thiết bị đọc băng chỉ dùng 1 lần để đưa chương trình vào máy tính Điều này nâng cao độ tin cậy của HT, vì thiết

bị hay hư hỏng nhất chính là bộ đọc băng.

• 2/ Điều chỉnh chương trình ngay trên máy

• 3/ Chuyển đổi inch ↔ mét

• 4/ Mềm dẻo hơn

• 5/ Các chương trình do người dùng viết riêng (MACRO) được lưu trong bộ nhớ máy tính Khi

cần có thể gọi ra dễ dàng.

• 6/ Góp phần tạo ra hệ thống sản xuất toàn bộ (Total manufacturing system): CNC dễ tương

thích hơn khi dùng trong hệ thống sản xuất

lớn đã được máy tính hóa Một trong những bước quan trọng tiến đến những hệ thống

này là DNC (điều khiển số trực tiếp)

Direct Numerical Control

(DNC)

Hệ thống DNC có máy tính

vệ tinh

Hệ thống DNC với cấu

hình BTR

DNC với bộ điều khiển

chuyên nghiệp

Các chức năng của

Ưu điểm của DNC

 Loại bỏ được băng lỗ và máy đục

lỗ

 Khả năng tính toán nhanh hơn và linh

hoạt hơn

 Lưu chương trình NC ở dạng files

 Các chương trình được lưu như là CL files

 Báo cáo về tình hình sản xuất

 Thiết lập nền móng để phát triển

nhà máy tự động điều khiển nhờ

máy tính trong tương lai.

Phối hợp giữa DNC và

CNC

 Sự phối hợp giữa DNC và CNC làm tăng

khả năng cho hệ thống sản xuất nhờ

máy tính Trước hết là không cần băng lỗ và máy đục lỗ nữa cho máy CNC

Máy tính DNC nạp trực tiếp chương trình cho bộ nhớ CNC Không giống như các máy NC truyền thống, máy CNC có đủ bộ nhớ để nạp toàn bộ chương trình trên DNC Chương trình chỉ nạp một lần chứ không phải

từng block Việc này giảm được số lượng

đầu nối cần thiết giữa máy tính trung tâm và các máy công cụ

Xu hướng trong tương lai

 Trong các hệ thống hỗn hợp DNC và CNC, phần mềm của bộ điều khiển CNC sẽ có postprocessor Việc này cho phép chương trình gia công NC nạp chương trình từ máy tính

DNC ở dạng CL (Cutter Location) FILE, khỏi

cần phải hậu xử lý trước khi đưa sang

máy CNC

 Ưu điểm nữa của sự phối hợp giữa DNC

và CNC là khả năng dự trữ Nếu máy tính trung tâm bị hỏng, các máy trong hệ

thống sẽ không bị liệt Chỉ cần thực hiện sự phục hồi cần thiết là mỗi máy riêng biệt hoạt động được như thường

Khả năng phục hồi chương

trình

 Có bản sao chương trình NC từ máy tính

DNC

 Mỗi máy CNC có trang bị thiết bị đọc băng

lỗ hoặc có thể nối với một máy đọc

băng lỗ lưu động Đương nhiên giá thành hệ thống như thế sẽ phải tăng lên.

 Ưu điểm thứ ba là cải thiện được liên lạc

giữa máy tính trung tâm và và nơi sản

xuất Với việc nối các máy tính ở hai

đầu, nhiều sự cố trong thiết kế của một nhà máy lớn được loại trừ.

Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi

có nguồn gốc từ một nghiên cứu trong những năm đầu của thập kỷ 1960 ở phòng thí nghiệm nghiên cứu Bendix do không lực Hoa kỳ tài trợ.

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

Thuật ngữ Adaptive Control

 Thuật ngữ AC nghĩa là hệ thống điều

khiển đo các biến số ra của hệ

thống và dùng chúng để điều khiển tốc độ hoặc lượng ăn dao

 Một số các biến số này được dùng trong hệ thống máy điều khiển thích nghi là

tốc độ quay hoặc lực, moment, nhiệt

độ cắt, biên độ dao động và công suất Nói cách khác hầu như tất cả các

tham số cắt mà có thể đo được là được thử trong các các hệ thống AC thí nghiệm

Mục đích của hệ thống

điều khiển thích nghi

 Làm cho hệ thống hoạt động có

hiệu quả hơn Hàm mục tiêu ở đây thường là tốc độ cắt bỏ kim loại và giá thành trên 1 đơn vị thể tích của vật liệu được cắt bỏ

AC dùng ở đâu

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

• 2/ Nơi có nhiều nguồn biến số trong phôi mà AC có thể bù trừ Thực tế AC thích

nghi lượng ăn dao và vận tốc đối với các biếân số đó.

• 3/ Nơi giá thành vận hành máy cao Giá thành vận hành máy chủ yếu là do vốn đầu tư cho thiết bị cao.

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

liệu này thường là dễ gia công.

Các nguồn biến đổi

khi gia công

 Chiều sâu và chiều dày cắt thay

đổi

 Độ cứng thay đổi

 Độ cứng vững thay đổi

 Mòn dao

 Mặt gia công không liên tục

Các tham số vào của

chương trình

 Kích thước và hình dáng của dụng

cắt, độ cứng của vật liệu gia công, kích thước gia công, và đặc tính của máy cắt

• Dựa vào các tham số vào này,

chương trình sẽ tính toán và cho ra

giá trị Lượng ăn dao

• Vận tốc trụ chính, Giới hạn lực cắt

cho mỗi vùng cắt

Hai dạng điều khiển

Điều khiển thích nghi

tối ưu

• Trong những hệ thống này, một

thông số tối ưu hóa được chỉ định cho hệ thống Hàm này được đo

trong suốt qúa trình gia công, thí dụ

lượng phoi được cắt ra hoặc giá

thành của khối lượng vật liệu cắt

ra Nhiều hệ thống tối ưu hóa bằng cách cực đại hóa tỉ lệ giữa lượng

kim loại cắt ra so với độ mòn dụng cụ

Khó khăn trong nghiên

cứu

 Độ mòn dụng cụ không thể đo trực

tuyến bằng công nghệ đo hiện nay

 Vì vậy, hệ số IP không thể điều

khiển trong quá trình gia công

 Do không có cảm biến để đo được

độ mòn dụng cụ trong hệ thống ACO

 > hầu như tất cả các hệ thống điều khiển thích nghi hiện nay là thuộc loại thứ 2: ACC

Công thức tính tỉ lệ

Hệ thống ACC

 Được phát triển với mức độ ít

thông minh và ít tốn kém hơn so với ACO

 Các hệ thống sản xuất ACC sử

dụng các giới hạn dựa trên những biến số có thể đo được

 Vì thế hệ thống này mới có tên

gọi là ACC Mục tiêu của hệ thống là điều khiển vận tốc và lượng ăn dao sao cho biến số đo được nằm

trong vùng giới hạn cho phép

Hoạt động của một

hệ thống ACC:

 Ứng dụng điển hình là phay viền và phay túi rỗng (profile, pocket) trên máy NC

 Vận tốc V – tham số điều khiển được

 Lựa cắt P và công suất cắt N là những biến số đo dược.

 Gắn một hệ thống ACC vào một máy NC là chuyện bình thường Có 2 lý do để máy

NC được dùng làm điểm bắt đầu tự nhiên

cho việc ứng dụng AC:

 1/ Máy NC thường có mô tơ điều khiển,

 2/ Các phôi gia công thông thường cho máy

NC có những nguồn thay đổi mà AC có thể thực hiện được (feasible).

Quan hệ của phần mềm AC đối với chương trình APT

Mục tiêu của việc tính

 Với điều khiển thích nghi, các thông số này được tính toán nhờ phần

mềm gia công trên cơ sở dữ liệu

nhập vào và người lập trình không phải can thiệp vào

Ích lợi của gia công có điều khiển thích nghi

• Tăng năng suất gia công

• 2/ Tăng chu kỳ bền của dụng cụ

(tuổi thọ)

• 3/ Bảo vệ phôi tốt hơn

• 4/ Người vận hành ít phải can thiệp hơn

• 5/ Lập trình gia công cũng dễ hơn

Xu hướng phát triển

của NC

thông dụng hơn

nằm trên bàn máy

của máy

để đạt được độ chính xác cao hơn

dụng cụ (răng gẫy).

tiết kiệm thời gian và nâng cao độ chính xác gia công.

Những hệ thống NC

tiến tiến

các phương pháp hình học như đường, mặt phẳng, đường tròn

tử không có biên vì đường và mặt là vô tận còn đường tròn là khép kín

phần tử hình học của APT không thể xác định

đầy đủ và chính xác hình học của chi tiết

chuyển theo mặt hiện tại của chi tiết, bỏ qua

không liên quan đến chi tiết

Những hệ thống NC

tiến tiến

thống CAD/CAM phôi được xác định

bằng những mặt và cạnh tạo nên vật thể đặc của chi tiết Mặt và cạnh

không phải là vô tận

ngược lại với các khái niệm của APT

CAM – 1 là dùng các khái niệm chứa

bên trong hình học biên để xác định

chi tiết

Một số mục tiêu quan trọng

của dự án là

• 1/ Một tập ngôn ngữ mới: Dùng khái niệm

hình học biên Sẽ có những cố gắng làm cho ngôn ngữ mới tương thích với ngôn ngữ APT

Ngôn ngữ mới sẽ ở mức cao hơn so với APT.

• 2/ Đa dạng: Không chỉ dùng để cắt kim loại

mà còn dùng cho nhiều lĩnh vực khác như kiểm tra, dập,…

• 3/ Thiết kế theo từng Module: các chương trình

con phải được thiết kế để thực hiện các chức năng cơ bản như

Tự động hóa thực hiện chức năng lập trình NC

 Lập trình NC bao gồm

 Tạo đường chạy dao

 Chọn dụng cụ

 Lượng ăn dao

 Tốc độ cắt

 Thứ tự nguyên công

Kiểm tra sự giao nhau

 Các chương trình con phải được xây dựng bên trong bộ NC tiên tiến để kiểm tra khả năng va chạm giữa

dụng cụ và đồ gá gia công và

những va chạm khác có thể

Giao diện với cơ sở dữ

liệu CAD/CAM

 Hệ thống điều khiển số tiên tiến phải được giao diện với cơ sở dữ liệu thiết

kế và gia công

 Dữ liệu thiết kế phải chứa dữ liệu

liên quan đến hình học của chi tiết (phôi thô và kích thước cuối cùng của chi

tiết), đồ gá, dao cắt, khả năng chế tạo dao và dữ liệu về giá thành

 Chức năng lập trình NC phải được giao diện với bộ chương trình lập quy trình gia công nhờ máy tính

Các hệ thống sản xuất linh hoạt (HTSXLH

 Một trong những phát triển quan

trọng trong DNC là được đưa vào ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt

(Flexible Manufacturing System - FMS)

 Một FMS là một nhóm các máy NC (hoặc những trạm làm việc khác)

có liên hệ với nhau bởi hệ thống

vận chuyển vật liệu

 Toàn bộ các máy NC và hệ thống vận chuyển được điều khiển bởi

một máy tính