báo cáo nhập môn cơ điện tử

báo cáo nhập môn cơ điện tử

BÁO CÁO NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÀI 3+4

PHẦN I:Tổng quan về máy CNC

I Giới thiệu chung về máy CNC

1.KHÁI NIỆM

CNC là viết tắt của Computer Numerical Control :điều khiển số bằng máy tính

Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chương trình đã được lập trình sẵn để gia công các chi tiết

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 bất kỳ mặt bậc ba nào

Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ Tất cả các chức năng trên đều thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính

2 BA LỢI ÍCH CƠ BẢN CỦA MÁY CNC

Máy CNC có rất nhiều lợi ích nhưng xin đề cập tới 3 lợi ích được coi là chính của máy CNC:

2.1 tự động hóa sản xuất:

Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong nhiều ngành khác như may mặc, giày dép, điện tử v.v Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậm chỉ không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác Thứ nữa, ít xảy ra hỏng hóc do lỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác, người vận hành không đòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển máy công cụ truyền thống

2.2– Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm:

Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được Một khi chương trình gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo cho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn

2.3 – Linh hoạt:

Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương trình gia công mới Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, công nghệ CNC trở nên

vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay đổi nhanh chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng

II.ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC

1.

Đặc Điểm Của Các Động Cơ Truyền Động

Truyền động chính:

Động cơ chính thường dùng động cơ dòng một chiều hoặc dòng điện xoay chiều Truyền động dao:

Động cơ dòng điện một chiều và dòng xoay chiều với bộ vitsme/đai ốc/bi cho từng trục, chạy dao độc lập X, Y, Z

Thường sử dụng động cơ điện một chiều có đặc tính động học tốt cho các quá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, moomen quá tính nhỏ, độ chính xác điều chỉnh cao cho những đoạn đường chuyển chính xác

Bộ vitsme/đai ốc/bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và không có khe hở khi truyền với tốc độ cao Để có thể dịch chuyển chính xác trên các biên dạng,

các trục truyền dẫn không được phép có khe hở và cũng không được phép có hiệu ứng stick-slip (hiện tượng trượt lùi do lực cản ma sát) Bộ vitme/đai ốc/bi là giải pháp kỹ thuật đảm bảo được yêu cầu đó Phương thức tác dụng của vitme/đai ốc/bi:

Các viên bi nằm trong rãnh vít me và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục vitme qua đai ốc vào bàn máy nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài giữa chúng có vòng cách ,có thể điều chỉnh khe hở theo hai chiều đối ngược

Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này, bước nâng của rãnh vít trên trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau

Việc dẫn bi hồi rãnh được thực hiện nhờ các rãnh hướng bố trí bên trong hoặc bên ngoài trục

Truyền hay dẫn chậy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm

2 Các loại động cơ trên CNC

2.1 Động cơ 1 chiều

Ưu điểm:

- Momen khởi động lớn,dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ

Nhược điểm:

- Dải tốc độ điều khiển hẹp

- Phải có mạch nguồn riêng

2.2 Động cơ xoay chiều

Ưu điểm:

- Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều

- Đa dạng vâ rất phong phú về chủng loại, giá thành rẻ

Nhược điểm:

- Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an

toàn, momen khởi động nhỏ

- Mạch điều khiển tốc độ phức tạp,(biến tần)

2.3 Động cơ bước

Ưu điểm:

- Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khônng cần mạch

phản hồi

- Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC

Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ

Có 3 kiểu động cơ bước thường gặp:

- SM N0 1: SM nam châm vĩnh cửu < PM_ Permanent Metric>

- SM N0 2: SM có từ và trở biến thiên <VR_ Viriable Reluetance>

- SM N0 3: Động cơ sai, kết hợp cả 2 loại trên < PM+ VR  Hybride>

2.4 Động cơ servo

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kì lí do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau từ máy tiện điều khiển bằng máy tính đến các mô hình máy bay, xe hơi Ứng dụng mới nhất là sử dụng trong robot Những ứng dụng này là tiền đề cho việc đưa vào quá trình sản xuất những thành tựu như điều khiển máy CNC, trung tâm gia công

Đối với chuyển động chất lượng cao ta buộc phải sử dụng động cơ servo xoay chiều ba pha, loại là động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc hay đồng bộ kích thích vĩnh cửu

Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau:

- Có momen quán tính nhỏ

- Đặc điểm động học tốt

- Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay

- Có dải tần số công tác rộng 0 ÷400 Hz

2.5 Động cơ servo thủy lực

Ưu điểm:

-Được dùng phổ biến với các máy có công suất lớn

-Giá thành thấp

-Có đặc tính hệ số khuếch đại cao

-Dễ làm trơn quá trình chuyển động

-Có khả năng chống quá tải

Nhược điểm:

-Cần phải giữ môi trường dầu luôn sạch, không có tạp chất

-Lực và quá trình chuyển động phụ thuộc nhiều vào độ nhớt của dầu

-Độ nhớt phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Do đó cần có hệ thống lọc dầu và làm mát

dầu

3.HỆ TỌA ĐỘ SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC

3.1 hệ tọa độ vuông góc

Các điểm mà dao cắt đi tới khi gia công được xác định trong một chương trình Để

mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, ta dùng một hệ tọa độ Nó bao gồm

ba trục vuông góc cắt nhau tại 0 Trong hệ tọa độ này có các trục X, Y, Z

Với một hệ trục tọa độ ba trục , bất kỳ điểm nào cũng đượcxác định bằng thông số qua các tọa độ đó Hệ tọa độ máy do nhà chế tạo máy xác định, thông thường nó không thể bị thay đổi

Trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị.trên máy phây nó nằm song song với bàn máy (bàn kẹp chi tiết)

Trục Y là trục thứ 2 trong mặt phẳng định vị, nó nằm trên nắp máy và vuông góc với bàn máy

Trục Z luôn luôn trùng với trục truyên động chính Trục này được nhà chế tạo xác định Chiều dương của trục Z chạy từ chi tiết hướng đến dao cắt điều đó có ý ghĩa là trong chuyển động theo chiều âm của Z, dao sẽ cắt tới bề mặt chi tiết

Hệ tọa độ cơ bản được gắn liền với chi tiết bởi vậy khi ta lập trình ta phải luôn luôn xuất phát từ chỗ xác định chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyển dộng

Để mô tả đương dịch chuyển dao (các dữ liệu tọa độ) trên máy CNCcó 2 khả năng:

3.1.1dùng tọa độ Đề các:

Khi dùng dữ liệu tọa độ Đề các, ta đưa ra các khoảng cách đo song song với các trục từ một điểm tới một điểm khác

Các số đo có thể đưa ra theo hai phương thức:

Đo tuyệt đối :

Với các số đo tuyệt đối, ta đưa ra tọa độ của các điểm đích tính từ một điểm cố định trong vùng làm việc Nghĩa là trong mỗi chuyển động đều xác định định, dao cắt phải dịch chuyển đến đâu kể từ mooyj điểm gốc 0 tuyệt đối

Đo theo kích thước :

Với các số đo theo chuỗi kích thước ,ta đưa ra tọa độ của các điểm đích tính từ mõi điểm dừng lại của dao cắt sau mỗi vết cắt nghĩa là trong mỗi chuyến đều đưa ra số liệu dao cần được dịch chuyển tiếp một lượng là bao nhiêu nữa theo từng trục tọa độ 3.1.2.Dùng tọa độ cực

Khi sử dụng cá dữ liệu trong tọa độ cực, ta đưa ra vị trí của một điểm thông qua khoảng cách và góc so với một trục cơ sở

Các tọa độ cực chỉ có thể đo tren mặt phẳng chính Trong phạm vi của một hệ tọa

độ cực có ba mặt phẳng chính Từ ba trục X,Y,Z của hệ thống sẽ có ba bề mặt kẹp đó là: mặt X/Y; mặt X/Z; và mặt Y/Z

3.2 Những điểm quan trọng trong một hệ tọa độ

Điểm chuẩn của máy M: là điểm gốc M của hệ tọa độ máy

Điểm W chi tiết : là điểm gốc 0 của hệ tọa độ chi tiết, nó được giữ cố định cho một chi tiết

Điểm chuẩn của dao P: là điểm gốc của hệ tọa độ chi tiết, nó được giữ cố định cho một chi tiết

Điểm 0 lập trình : là điểm gốc 0, từ đó xác định các dữ liệu cập nhật trong một chương trình Điểm này có thể thay đổi thông qua lệnh chuyển điểm 0

4.QUAN HỆ GIỮA CÁC TRỤC TỌA ĐỘ:

Khi gia công trên các máy CNC người ta có thể chia các hệ trục tọa độ thanh 3 loại: hệ trục tọa độ máy , hệ trục tọa độ chi tiết và hệ trục tọa độ của dao

Từ hệ trục tọa độ của máy có điểm gốc M ta có thể biểu diễn được hệ tọa độ của chi tiết và hệ tọa độ của dao bằng các phép dịch chuyển tịnh tiến hay các phép quay

Nhờ đó ta có thể xac định được vị trí của điểm trên chi tiết cần gia công cũng như vị trí của dao để gia công chi tiết

5 CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC

Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như các

lỗ, các mặt định hình, mặt phẳng v.v… do đó các dạng điều khiển của máy cũng chia thành : điều khiển điểm –điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo biên dạng

5.1 điều khiển điểm-điểm :

Dùng để gia công các lỗ bằng phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình Khi đạt tới đích dao bắt đầu gia công Trường hợp này quỹ đạo của chuyển động dao là không quan trọng, điều quan trọng là vị trí gia công đạt đến phải chính xác

5.2 Điều khiển theo đường:

Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dọc theo một đường thẳng nào đó Khi thực hiện gia công các chuyển động theo các trục tọa độ là độc lập không có quan hệ ràng buộc nào với trục khác

5.3 Điều khiển biên dạng

Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy trên nhiều trục cùng một lúc Trong trường hợp này cả hai trục để tạo ra một dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong ở đây theo các trục có quan hệ hàm số với nhau

III Phạm vi ứng dụng và các ưu nhược điểm của hệ thống

3.1 Phạm vi ứng dụng

- Cắt kim loại

- Cưa dây

- Phay

- Bào

- Tiện

- Doa

- Tôi

- Nguội

- Mài

3.2 Ưu điểm và nhược điểm của máy CNC

3.2.1 Ưu điểm

- Máy CNC có thể được sử dụng liên tục 24 giờ một ngày, 365 ngày một năm và chỉ cần thường xuyên tắt để bảo trì

- Máy CNC chỉ cần lập trình một lần cho một mẫu thiết kế, sau đó có thể sản xuất hàng loạt Các sản phẩm có độ chính xác như nhau

- Không giống như các máy tiện tay, máy xay xát… cần các kỹ sư có tay nghề cao, máy CNC đòi hỏi tay nghề thấp hơn, đào tạo nhanh hơn

- Máy CNC có thể được cập nhật bằng cách cải thiện các phần mềm được sử dụng vào

ổ đĩa máy

- Việc sử dụng máy CNC có thể thông qua việc sử dụng “phần mềm ảo” Đây là phần mềm cho phép nhà điều hành để thực hành bằng cách sử dụng máy CNC trên màn hình của một máy tính Phần mềm này cũng tương tự như một trò chơi máy tính

- Máy CNC có thể được lập trình bằng phần mềm thiết kế tiên tiến, chẳng hạn như

Pro/DESKTOP ®, cho phép sản xuất các sản phẩm mà không thể thực hiện bằng máy thủ công hoặc người lao động bởi các nhà thiết kế có tay nghề hay kỹ sư

- phần mềm thiết kế hiện đại cho phép các nhà thiết kế để mô phỏng sản xuất/ý tưởng của mình mà không cần làm một nguyên mẫu hay mô hình nào Điều này tiết kiệm thời gian và tiền bạc

- Một người có thể giám sát nhiều máy CNC Đôi khi chỉ có các công cụ cắt cần phải thay thế thường xuyên

- Một kỹ sư có tay nghề cao có thể làm một công đoạn nào đó tương tự nhiều lần Tuy nhiên, nếu mỗi thành phần được nghiên cứu kỹ lưỡng Một máy CNC sẽ sản xuất tất cả các thành phần như là một kết hợp chính xác

3.2.2 Nhược điểm

- Máy CNC có nhiều tốn kém hơn so với các máy vận hành bằng tay, mặc dù chi phí ngày dần đi xuống

- Nhà điều hành máy CNC chỉ cần đào tạo cơ bản và kỹ năng, đủ để giám sát một số máy Trong những năm trôi qua, các kỹ sư cần nhiều năm đào tạo để hoạt động trung tâm máy tiện, máy phay, máy móc vận hành bằng tay khác Điều này có nghĩa là rất nhiều những kỹ năng cũ bị mất

- Công nhân ít được yêu cầu để vận hành máy CNC so với máy vận hành bằng tay Đầu

tư trong các máy CNC có thể dẫn đến thất nghiệp

- Nhiều quốc gia không còn dạy học sinh/sinh viên làm thế nào để sử dụng máy tiện vận hành bằng tay/máy phay Học sinh/sinh viên không còn phát triển các kỹ năng chi tiết theo yêu cầu của các kỹ sư của quá khứ Kỹ năng của chúng chỉ là toán học và kỹ thuật

IV Kết luận

Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng Kĩ thuật tự động của máy tiện CNC giảm thiểu tối đa các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc

để sản xuất các linh kiện khác

Trong môi trường sản xuất các máy tiện CNC có thể kết hợp thành một tổ hợp gọi là

cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy tiện CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM (computer- aided design) Có thể nói

máy tiện CNC gần giống nhất với hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế

để thực hiện nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn)

PHẦN II: Tổng quan về sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing)

I Giới thiệu chung về CIM

Khoa học máy tính ra đời từ những năm 70 của thế kỷ trước Cho đến ngày nay, công nghệ khoa học máy tính phát triển như vũ bão đã kéo theo sự đổi thay đáng kể của rất nhiều lĩnh vực trong xã hội loài người Máy vi tính được ứng dụng vào mọi mặt của đời sống xã hội, từ công sở, trường học, bệnh viện, sân bay đến nhà hát, sân vận động Nền kinh tế thế giới cũng nhờ đó mà phát triển nhanh chóng Các nhà máy sản xuất theo phương pháp truyền thống trước đây cũng được nâng cấp phát triển dần dần thành hệ thống sản xuất tự động hoá từng phần, toàn phần, rồi phát triển thành các dây chuyền sản xuất tiên tiến, thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và cuối cùng là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM Những nhà máy CIM ra đời đã tạo ra năng suất, chất lượng sản phẩm rất cao Trong quá trình hoạt động của nhà máy, máy vi tính tham gia vào quản lý từ khâu ban đầu là thiết kế sản phẩm, cho tới gia công, kiểm tra chất lượng và cuối cùng là tính giá thành sản phẩm, năng suất sản xuất và phân phối sản phẩm chất lượng ra thị trường hàng hoá một cách hiệu quả và kinh tế nhất Trên thế giới hệ thống sản xuất CIM đang dần được triển khai tại một số nước Việt Nam

là nước đang phát triển, công nghệ sản xuất truyền thống còn nhiều Vậy nên để thúc đẩy nền kinh tế Việt Nam đi lên, dần ngang bằng với các nước trên thế giới thì việc ứng dụng các hệ thống sản xuất CIM trong công nghiệp là một xu hướng tất yếu trong những năm tới và trong tương lai sau này

1.Định nghĩa về CIM

CIM (Computer Integrated Manufacturing) là hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh có

sự trợ giúp của máy tính Trong hệ thống CIM các chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, cho phép tạo ra những sản phẩm nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả Khái niệm về CIM tuy chưa xuất hiện lâu (vào đầu những năm 70) nhưng ngày nay đã trở thành quen thuộc trong sản xuất hiện đại, cùng với sự phát triển của sản xuất, sự phát triển của khoa học công nghệ đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hoá và phần mềm máy tính thì một hệ thống CIM được triển khai ở một cơ sở sản