Bài giảng Truyền động và điều khiển máy CNC: Chương 2 - TS. Đường Công Truyền

Bài giảng Truyền động và điều khiển máy CNC: Chương 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Máy công cụ truyền thống và máy CNC; Kết cấu cơ bản một máy CNC; Quy trình gia công chi tiết trên máy CNC; Kết cấu cơ bản một máy công cụ CNC; Thiết bị nhập – input device; Truyền dữ liệu thông qua mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet trên hệ thống DNC II;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Trang 1

TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

MÁY CNC

(Driving and control for CNC machine tool)

Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

Đường Công Truyền

Máy công cụ CNC

(CNC machine tool)

Chương 2:

Trang 2

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền

Máy công cụ truyền thống và máy CNC

➢ Giống nhau về kết cấu gồm:

Trang 3

Máy công cụ truyền thống và máy CNC

➢ Khác nhau:

Kết cấu cơ bản một máy CNC

Trang 4

Hình ảnh kết cấu một số máy CNC

Trang 5

Trang 6

Quy trình gia công chi tiết trên máy CNC

Trang 7

Kết cấu cơ bản một máy công cụ CNC

- Thiết bị nhập

(input device)

- Hệ điều khiển máy

(machine control unit)

Thiết bị nhập – input device

-Đĩa mềm (floppy disk drive): được sử dụng đến

1970s, hiện nay không còn được sử dụng do

việc lưu trữ dữ liệu thấp và dễ bị hỏng

Trang 8

-Cổng nối tiếp (serial communication port): sử

dụng chuẩn EIA standard RS-232, được sử

dụng trên các hệ thống DNC và DNC II

EIA: Electronic Industries Alliance –

Liên minh doanh nghiệp điện tử ( từ

năm 1997 đổi thành Electronic

Industries Association – Hiệp hội

doanh nghiệp điện tử) là một tiêu

chuẩn và tổ chức thương mại bao gồm

liên minh các hiệp hội thương mại của

các nhà sản xuất thiết bị điện tử tại

Mỹ Họ đã phát triển các tiêu chuẩn để

đảm bảo thiết bị của các nhà sản xuất

khác nhau có thể tương thích và hoán

đổi thay thế lẫn nhau

- Truyền dữ liệu thông qua cổng nối tiếp trên hệ thống DNC II

Trang 9

-Mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet

(ethernet communication cable): hiệu quả và tin cậy,

ngày càng phổ biến trên các hệ điều khiển máy CNC

LAN: Local Area Network-mạng

máy tính cục bộ: là một hệ thống

mạng dùng để kết nối máy tính

trong một phạm vi nhỏ (nhà ở,

phòng làm việc, trường học, …)

Các máy tính trong mạng LAN có

thể chia sẻ tài nguyên với nhau,

mà điển hình là chia sẻ tập tin,

máy in, máy quét, và một số

thiết bị khác

- Truyền dữ liệu thông qua mạng LAN dùng cáp giao tiếp

Ethernet trên hệ thống DNC II

Trang 10

-USB (USB flash drive): lưu được dữ liệu lớn,

ngày càng phổ biến trên các hệ điều khiển máy

CNC

USB: Universal Serial Bus: là

một chuẩn kết nối tuần tự đa

dụng trong máy tính USB sử

dụng để kết nối các thiết bị

ngoại vi với máy tính với tính

năng nối và ngắt các thiết bị

không cần phải khởi động lại

hệ thống.

-Lập trình hội thoại (conversational

programming): thao tác trực tiếp trên giao diện máy,

hiệu quả cho việc lập trình gia công chi tiết tương đối đơn

giản đến 2,5 trục

Trang 11

Hệ điều khiển máy - machine control unit

MCU Là trái tim của hệ điều khiển CNC gồm 2

bộ phận:

• Bộ xử lý dữ liệu (data processing unit - DPU): có nhiệm vụ

biên dịch và mã hóa chương trình gia công thành ngôn

ngữ máy, sau đó thực hiện nội suy chuyển động

• Bộ điều khiển hệ truyền động (control loop unit - CLU): dữ

liệu từ DPU được chuyển sang tín hiệu điện truyền đến

CLU để điều khiển hệ thống truyền động Ví dụ ON/OFF

trục chính, ON/OFF dung dịch trơn nguội, …

Hệ thống truyền động – driving system

Bao gồm các loai động cơ truyền động:

• Động cơ servo: DC Servo và AC servo

• Động cơ bước - stepping motor

• Động cơ tuyến tính – linear motor

• Động cơ thủy lực – hydraulic motor

Trang 12

Thiết bị phản hồi – feedback devices

Bao gồm các loại cảm biến: potentionmeter,

tachometer, encoder, resolver

Thiết bị hiển thị - display unit

Để tương tác giữa người vận hành và máy cũng như

để hiển thị các thông số gia công như: số vòng quay

trục chính, tốc độ tiến dao, vị trí dụng cụ cắt, …

Trang 13

Máy công cụ - machine tool

• Thân và đế máy

– Vật liệu: gang có độ bền nén cao

– Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng

– Là nơi gá đặt chi tiết hay đồ gá

– Sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn

máy giúp cho máy CNC có khả năng gia công

được những chi tiết có biên dạng phức tạp

– Trên các trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy

có dạng xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4,

5 của máy CNC

• Yêu cầu

– Có độ ổn định, cứng vững , được điều khiển

chuyển động một cách chính xác

Trang 14

Máy công cụ

• Bàn máy, bàn xoay

Máy công cụ - Các loại bàn xoay

• Bàn xoay tiêu chuẩn trục ngang (a): dùng để

gá đặt chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng

với tâm trục chính

• Bàn xoay tiêu chuẩn trục đứng (b)

(a)

(b)

Trang 15

• Bàn xoay có động cơ lắp sau (c): nhằm hạn chế sự

rung động khi máy đang làm việc

• Bàn xoay có lỗ trục chính lớn (d): gia công phôi dài,

ống

(d) (c)

• Bàn xoay nhiều trục chính (e): cho phép gá đặt

cùng lúc nhiều chi tiết  gia công hàng khối

• Bàn xoay nghiêng (f): gia công các bề mặt

nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau

Trang 16

• Bàn xoay nghiêng:

Máy công cụ - Lập trình gia công với bàn xoay

• Bàn xoay không nghiêng: trục thứ 4

• Bàn xoay nghiêng: trục thứ 4 và thứ 5

• Tùy theo định nghĩa của nhà sản xuất mà các trục

này có thể có tên là A và B

• G90 G00 A90.: trục A của bàn xoay quay nhanh đến

vị trí góc 90 độ theo chiều kim đồng hồ trong hệ tọa

độ tuyệt đối

• G91 G00 B-180.: trục B của bàn xoay quay nhanh

đến vị trí góc 180 độ theo ngược chiều kim đồng hồ

trong hệ tọa độ tương đối

Trang 17

Máy công cụ - Ứng dụng bàn xoay

• Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính

vạn năng cho máy CNC

• Gia công:

– Các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập,

khuôn ép …)

– Cắt ren vít trong và ngoài

– Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng

thẳng hoặc xoắn

– Cắt rãnh thẳng và xoắn

– Các bề mặt nghiêng

Máy công cụ

• Cụm trục chính: là nơi lắp dụng cụ (hay phôi),

chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực

cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công

Cụm trục chính máy tiện CNC

Trang 18

Máy công cụ

• Cụm trục chính máy phay CNC

Máy công cụ

Trang 19

Máy công cụ

• Lắp trục chính lên thanh dẫn hướng trên máy

phay đứng (a, b) và ngang (c)

(c)

Trang 20

Cơ cấu dẫn hướng thẳng

Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw)

• Chuyển động quay của động cơ được chuyển

đổi thành chuyển động thẳng của bàn máy

nhờ bộ truyền vítme-đai ốc bi

Trang 21

Trang 22

➢ Truyền động bàn máy dùng Vít me-đai ốc bi

• Đối với truyền động chạy dao trên máy CNC, dùng

một cặp đai ốc trên bộ truyền vítme-bi

• Nhờ cặp đai ốc ghép căng theo chiều trục có thể

khử được khe hở giữa vítme và đai ốc mà không

làm tăng ma sát

Trang 23

• Ưu điểm:

– Ma sát rất nhỏ

– Ít bị mòn

– Độ chính xác cao

– Độ tin cậy cao

– Khả năng truyền tải lớn

• Nhược điểm:

– Có độ giảm chấn thấp

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng (Guideway)

Trang 24

➢ Dẫn hướng bàn máy phay CNC

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng (Guideway)

Khớp nối - Coupling

Trang 25

• Khớp nối dùng để nối và truyền mô men xoắn giữa

hai trục với nhau

• Sai lệch giữa hai trục (sai lệch dọc trục (axial

offset),sai lệch hướng kính (radial offset), và sai lệch

góc (angular offset)) có thể được hiệu chỉnh thông

qua khớp nối

• Có hai loại khớp nối là khớp nối cứng (Torsionally

stiff shaft couplings) và khớp nối đàn hồi

(Torsionally flexible shaft couplings)

• Sai lệch giữa hai trục có thể hiệu chỉnh thông qua khớp nối

Trang 26

Khớp nối cứng

• Dùng Schmidt coupling để khử sai lệch hướng

kính lớn

Trang 27

Khớp nối đàn hồi

Khớp nối trong truyền động máy CNC

Trang 28

Khớp nối trong truyền động máy CNC

Trang 29

Trang 30

Động cơ trong truyền động

máy công cụ cnc

Động cơ trong truyền động máy CNC

Động cơ truyền động chạy dao CNC

Động cơ bước

Động cơ servo 1 chiều

Động cơ servo 2 chiều

Động cơ thủy tĩnh Động cơ bước- điện-thủy lực

Trang 31

So sánh các dạng động cơ

Động cơ bước – stepping motor

• Cung cấp điều khiển số không phản hồi về vị trí của bàn

máy

• Tín hiệu vào: chiều quay và tín hiệu xung điện

• Tín hiệu ra: cường độ hoăc điện thế làm  động cơ quay 1

góc (one step)

Trang 32

Động cơ bước – stepping motor

Điều khiển đầy bước (full step)

• Điều khiển cường độ dòng điện cung

cấp lần lược cho từng cuộn dây trên

Stator  có được vị trí chính xác tương

Trang 33

Ví dụ 1

• Một stepping motor có N = 150 pulse/rev, được

dẫn động bằng trục vít có bước l = 0.2 in/rev Nếu

motor nhận được số xung là n = 2250 pulses Tìm:

• Khoảng dịch chuyển theo trục x

• Tần số xung f, với tốc độ bàn máy là 16 in./min

GIẢI

x = l(n/N) = (0.2)(2250)/150 = 3"

16 = 0.2 (RPM)  RPM = 80

f = (150) (80)/60 = 200 Hz

Điều khiển vi bước (micro step)

• Điều khiển cường độ dòng điện cung cấp đồng thời cho các

cuộn dây trên Stator  có được vị trí của Roto ở các vị trí

trung gian cuả các cuộn dây tương ứng

• Điều khiển vi bước được sử dụng khi yêu cầu độ phân giải

Trang 34

Ưu điểm động cơ bước

• Giá thành rẽ

• Có thể điều khiển mạch hở

• Duy trì mômen tốt (không cần thắng, biến tốc)

• Mômen xoắn cao ở tốc độ thấp

• Chi phí bảo dưỡng thấp (không chổi quét)

• Định vị chính xác

• Không phải điều chỉnh các thông số điều khiển

Nhược điểm động cơ bước

• Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc

độ thấp

• Dòng điện tiêu thụ không phụ thuộc vào tải

• Kích cở hạn chế

• Làm việc ồn

• Mômen giảm theo tốc độ

• Không có phản hồi nên dễ xảy ra sự cố

Trang 35

Trang 36

Động cơ servo

Trang 37

Động cơ servo

➢Phân loại:

• Động cơ DC servo

• Động cơ AC servo: đồng bộ + cảm ứng

Điều khiển động cơ Servo

• Để quay động cơ, tín hiệu số được gửi đến

mạch điều khiển làm khởi động động cơ

thông qua chuỗi bánh răng

• Động cơ servo được thiết kế để quay có giới

hạn (không giống như động cơ Điện hay động

cơ Bước)

• Công dụng chính của động cơ servo là đạt

được góc quay chính xác trong khoảng 90 0

-180 0

Trang 38

Điều khiển động cơ Servo

• Trục động cơ servo được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là

điều khiển biên độ rộng xung (PWM-Pulse Width Modulated)

• Để điều khiển servo quay theo các góc cố định thì chip điều

khiển phải phát xung với độ rộng từ 1ms đến 2ms

Ví dụ 2

• Một bàn máy được dẫn động bằng servo motor (150

pulse/rev.) qua vít me-đai ốc bi (l = 0.2 in/rev ) Vít me nối

với motor qua hộp giảm tốc có tỉ số truyền 1:4 Số xung

nhận được từ bộ điều khiển là n = 2250 pulses và tần số

x = l(n/N) = (0.2) (2250)/(150) = 3"

Trang 39

Động cơ servo

➢Ưu điểm:

• Mômen trên trục đều hơn (high intermittent

torque)

• Tốc độ cao hơn (high speeds)

• Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn

(work well for velocity control)

• Nhiều kích cở hơn (available in all sizes)

• Làm việc êm hơn (quiet)

• Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số điều khiển

• Bảo dưỡng tốn kém, đặc biệt là động cơ DC servo

Trang 40

Động cơ thủy lực

Hệ thống điều khiển động cơ thủy lực

điều khiển lưu lượng

và áp suất

Động cơ thủy lực

• Ưu điểm

• Có hệ số khuếch đại cao

• Dùng cho các máy có công suất lớn

• Có khả năng chống quá tải

Trang 41

Thiết bị phản hồi trong truyền động

máy công cụ CNC

Các thiết bị phản hồi

• Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì

chúng ta nhất thiết phải đo được góc quay của

motor

• Phương pháp dùng để xác định góc quay của

motor: biến trở xoay, tachometer, hoặc dùng

Trang 42

Biến trở - Potentionmeter

• Là một bộ chia điện áp

• Dùng để đo dịch chuyển thẳng hoặc chuyển động quay

• Chuyển động cơ học sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm

biến

• Tầm đo: ~10 m

• Nguyên lý làm viêc:

– Con chạy sẽ được nối với vật cần đo dịch chuyển

– Vật dịch chuyển sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm biến

– Cấp điện DC cho cảm biến  điện áp ngõ ra sẽ tỉ lệ với

khoảng dịch chuyển

Trang 43

➢Ưu điểm

• Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

• Mạch điện xử lý đơn giản

• Điện áp ngõ ra lớn

➢Nhược điểm

• Độ chính xác giới hạn (khoảng 1%)

• Tuổi thọ thấp

• Cọ xát gây mòn và sinh ra tiếng ồn

• Chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường (bụi, ẩm, …)

Cảm biến vận tốc - Tachometer

❖ Tachometer để đo lường vận tốc góc của trục quay

(còn gọi là bộ phát tốc)

❖ Có thể dùng bộ phát tốc DC, AC, xung

❖ Kỹ thuật phổ biến là gắn nam châm trên trục quay

Khi nam châm di chuyển qua lõi cảm biến cố định,

dòng điện được sinh ra

❖ Mỗi vòng xoay của trục sẽ tạo ra một xung điện

áp, xử lý tín hiệu xung này ta sẽ biết được tốc độ

quay

Trang 44

Cảm biến vận tốc - Tachometer

Đo tốc độ động cơ dùng techometer

Trang 45

Cảm biến vị trí – Encoder

• Encoder dùng để đo lường dịch chuyển góc

hoặc thẳng và chuyển đổi thành tín hiệu nhị

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	3,89 MB