Thiết kế hệ thống điều khiển bàn máy cnc

điều khiển bàn máy cnc

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng của các thành tựu khoa học - Công nghệ đặc biệt

là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép những nhà chế tạo máy ứng dụng vào máy khoan cắt kim loại với các hệ thống điều khiển ngày càng chính xác hơn với tóc

độ nhanh hơn và giá thành thấp hơn

Sự xuất hiện của các máy CNC(Computer Numerical Control) đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong được thực hiện dé dang như đường thắng, các câu trúc phức tạp 3 chiều cũng đễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kế về chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu 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 đôi máy móc để sản xuất các linh kiện khác

Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu về máy CNC, mô hình máy CNC khoan và phay biên dạng chỉ tiết sản phâm được tôi thiết kế nhỏ gọn, điều khiển bằng PLC S7-

200 Với mục đích áp dụng những gì đã học, những phương pháp điều khiển bộ giám sát vào thực tế Đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn may CNC” được thực hiện trong thời gian hơn năm tháng, nhưng vì thời gian có hạn nên đề tài vẫn có nhiều khuyết điểm, rất mong ý kiến đóng góp của quí thầy cô giáo để việc nghiên cứu trở nên thực tê hơn

LỜI CẢM ƠN

Đâu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Truờng Đại học Công nghiệp Tp.HCM, khoa Điện tử, bộ môn Điều khiển tự động, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt

em trong suốt 4 năm học vừa qua để em có được những kiến thức chuyên môn cơ sở

Sau này có thể vào đời làm việc, sử dụng có ích cho xã hội

Để thực hiện thành công đề tài là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy Ths.Trần Hữu Toàn Người đã hướng dẫn tận tình, giúp chúng em định hướng, góp ý

và cung cấp ý tưởng cũng như chỉ dẫn tài liệu và các tiến trình thực hiện đề tài Sự hướng dẫn của thầy là một yếu tố quan trọng để em có thể hoàn thành đề tài này

Cuối cùng em xin chân thành gửi những lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ và gia đình, những người luôn sát cánh cùng em, giúp đỡ em tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập để có kết quả như ngày hôm nay

Em xin chân thành cảm ơn Ì

Trường Đại học Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh

Khoa Công nghệ điện tử

Sinh viên

Nguyễn Ngọc Vàng

NHAN XET CUA GIANG VIEN HUONG DAN DE TAI

Sinh viên thực hiện : Nguyén Ngoc Vang

Giáo viên hướng dẫn : Ths.Trần Hữu Toàn

Đề tài: Thiết kế hệ thông giám sát và điều khiến bàn may CNC

NHAN XET DE TAI CUA GIANG VIEN PHAN BIEN

Sinh viên thực hiện : Nguyén Ngoc Vang

Giáo viên hướng dẫn : Ths.Trần Hữu Toàn

Đề tài: Thiết kế hệ thông giám sát và điều khiến bàn may CNC

Mục lục

LOI CAM ON ooo eeccecececscessesessscsessessscsssessscscscacscacavscavevavevevecevesscsseseseseusessseseasacseasersees 2 DANH MUC CAC BANG, SO DO, HINH VE.uu cceceecceseseesecesesecececscesesseeseseeeseess 10 PHẨN Ï: - << S333 3131 31 1111E111111151515151515 1111111111111 T11101 7171.112 14 A.MAY CONG CỤ ĐIỀU KHIÉN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (CNC): 14

I MAY CONG CU DIEU KHIEN THEO CHUONG TRINH SO (MAY CNC) 14

II CAC DANG DIEU KHIEN MAY ONC3 uiiiesscscscscssscscssssvsvsesvscsescsesessscsesvesseses 17 IL.1 Diéu khién truc tuyén DNC (Direct Numerical Control): - 17

IL2 Điều khiến thích nghi AC (Adaptive Control): - 5 <s+s+s+scze: 18

IIL3 Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems) 20 III DAC DIEM CẤU TRÚC MÁY CNC:: ¿5-5 +2 E£E*E+E+E+EeESEErkrkrrse 23

IV LAP TRINH CHO MÁY CÌNC:: - - 5-52 S8SE*EEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrrre, 25

B CÁC ĐIÊỄM CÂN QUAN TÂM KHI LẬP TRÌNH TRÊN MÁY CNC: 27 L.HỆ TỌA ĐĐỘỘ- - - 2 22E2EESE1E12121121111111211111111111211E11111111.11E 111111 27 I.1 Điểm Zero chương trÌnh: - xxx xxx SxEEEsEzEeEE cv re, 28 I.2 Điểm khởi hành: + 5< SE 313x333 1111111111315 cxxck 28 I.3 Điểm chuẩn: . - + + + k +2 13 E11 3xx 3111111711171 5111 e xe 29 I4 Lập trình theo tọa độ tuyệt đối (Absolute) và theo toạ độ gia số

eo >1) 111157 30

II.ĐIÊU KHIÊN ĐƯỜNG DỊCH CHUYÊN TRÊN MÁY CNC: -.- 31

I1 Những khái niệm liên quan đến phép đo vị trí: - - -<s+s+s+s£ze: 31

II SƠ ĐÔ KHÔI HỆ THÔNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ: Ẳ.- 5 SsSsS + +zEzEsrzeecee 57

TI MACH ĐỘNG LLỰC- - 2 2-<+2+E£ESE+EEEEEEEE E111 EyeU 57

II.1.Sơ đồ khối của tác động khâu động lực: -<<<<<<<<<<<<<<<<ss 58

IV.MACH NHẬN XUNG TÔC ĐỘ CAO TỪ ENCODER: 5-5555: 60

CHUONG II: TINH TOAN THIET KE BO DIEU KHIEN PID VI TRI DONG CO:

I.SỬ DUNG BO DIEU KHIEN PID S7-2002 scccscssseseseseseeesesesseseseeeeserseens 61 I.1.Thuật toán PID $6: .c.cccccecccscscscsescscsessesssescscscscscsvsvevesscevesseesscsessesseeseeseees 61 I.2.Làm việc với bộ PID S7-200: ¿5 +2 2 +E+E£E+E#EZEEEEEEEEEEEEEEErkrkrerrere 63

ILTINH TOAN CAC THONG SO BO PID DIEU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ: 64

IILTÍNH TOÁN CÁC THAM SO Kp, Ki, Kd THEO LY THUYET CHO DONG

II PHƯƠNG PHÁP TĨNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT CÁC HẢM NỘI SUY 76

IL2.Phương pháp nội suy đường thắng : G2 cv rEevrkrkrkrerereee 77 TT.3.NGOi SUY CUNG UFO oo 79 IL4.NGi SUY XOAN OC veel ec ceceesccessesescecseesesssessescsssessseststsestesssasensessenseens 81 IL.S.NG1 SUY ParabOl oo ằ 81 IT.6.NOi SUY DAC 32.0 82

II TĨNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY ĐOẠN THẲNG THEO 2 TRỤC

III.1.Tính toán nội suy đoạn thắng theo lượng chạy cắt E 5-5-5: 82 IIIL2.Di chuyển quảng đường dài L(Lx,Ly) trên hai trục với lượng chạy cắt E: 85 III3.Giải thuật nội suy đoạn thắng G04: - - - SE SE xe ket, 86

IIHL.4.GI1ải thuật nội suy G00: Chạy dao nhanh đến một điểm tọa độ cho trước .89

IV.TÍNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY G01,G02,G03: - -2ccs<s s5: 89

IV.1.Nội suy đường tròn tâm O bán kính R (G0]): SSĂSĂ S2 89 IV.2.Nội suy cung tròn từ điểm A đến điểm B bán kính R (G02: ngược chiều kim đồng hồ; G03: cùng chiều kim đông hồ): 2 2 SE 3xx, 92

V XÁC ĐỊNH ĐIÊM TRONG HỆ TỌA ĐỘ CỤỰC 2-2 25s5s+ecszzezsseee 97

V.1.Tính góc của một điểm trong hệ tọa độ cực: -cccccccsexseeseses 97

V.2.Tính góc quay của lệnh nội suy cung trÒn: - - -+<<+<<s<xszxszxss 99 V.3.Giải thuật nội suy G02,G03: +5 + CS 2.2 xxx rkrkrkrrrveg 100 VI.GIAO DIEN DIEU KHIEN BẰNG MÁY TỈNH: - 5-5 c+cccstzterstererec, 101 VI.1.Phân hiỂn tHhị: 2+ SE E5 E3 3 E11 33 T3 31 1111171117111 1e 0 102 VI.2.Phân tập lệnh: - + SE E3 E315 311 31 3 11 1111711111111 1e 103 VIL3.Phần tải lệnh từ tập tỉn EXeel: - 5+ 133v tEeEsEererrrreerred 106 VL4.Giản đồ xung kết nối hoạt động giữa máy tính và PLC: - - 106

VL5.Giải thuật kết nỗi hoạt động giữa máy tính và VB: -sccccxc: 107

I.NHỮNG KẾT QUÁ ĐẠT ĐƯỢC KHI LÀM LUẬN VĂN: -5-5¿ 108 II.NHỮNG KÉT QUÁ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC: - G St SSsE+EeEkSEeEeErkrees 108 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: . ¿<< + +E+E+E£EEE+E+EEE+EEksererersrsree 109

DANH MUC CAC BANG, SO BO, HINH VE

Bảng l1: Các chức năng của một hệ DNC

Bang 2: Bang chuyén déi gitta m4 binary va gray

Bang 3: Bang diéu khién dich chuyén G may CNC

Bảng 4: Bảng nội suy phi tuyến

Hình 1: Một số máy CNC hiện nay đang sử dụng

Hình 2: Vận hành trực tiếp hệ DNC

Hình 3: Sơ đồ điều khiên thích nghỉ AC

Hình 4: Hệ thống điều khiển thích nghi AC về công nghệ

Hình 5: Đặc điểm cấu trúc máy CNC

Hình 6: Cầu trúc vitme bỉ

Hình 7: Phương thức chuyên động vitme đai ốc

Hình 8: Ví dụ thiết lập một chương trình

Hình 9: Hệ tọa độ CNC

Hình 10: Điểm zero chương trình

Hình 11: Điểm chuẩn trong CNC

Hình 12: Ví dụ lập trình theo tọa độ tuyệt đối

Hình 13 : Các phương pháp đo

Hình 14 :Ðo vị trí bằng đại lượng tương tự

Hình 15: Đo vị trí bằng đại lượng số

Đo vị trí không trực tiếp thông qua lượng chạy đao

Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng

Đo vị trí tuyệt đối theo chu kì

Thước đo cảm ứng quay không có vòng quét

: Nguyên tắc cảm ứng tuyến tính

Thước đo cảm ứng

: Thước đo theo nguyên tắc quang điện soi thấu

Xung đầu ra của hệ thống đo đường dài bằng quang điện

Cấu tạo đĩa quang trong Encoder tuyệt đối

Cấu tạo đĩa quang trong Incremental Encoder

Dạng xung ngõ ra của EnCoder

Dịch chuyển nhanh đến điểm M(15,5)

Ví dụ nội suy cung tròn G02, G03

Mô hình khoan phay CNC

Động cơ gắng Encoder sử đụng trong mô hình

Sơ đồ khối hệ thống điều khiến vị trí

: Mạch động lực sử dụng cho mô hình

Sơ đồ khối của các khâu động lực

Điện áp trung bình khi điều xung

Gian đồ xung khối cách li điện áp

11

Giãn đồ xung qua khối công suất

Mạch nguyên lí mạch nhận xung Encoder

Sơ đồ khối mạch nhận xung Encoder

Mô hình điều khiển PID số

Mô hình động cơ một chiều

Sơ đồ hệ thông điều khiển PID

Đáp ứng P động cơ

Đáp ứng PI động cơ

Nội suy đường thắng

Ví dụ nội suy đường thắng

Nội suy vòng

Nội suy xoắn ốc

Nội suy Parapol

Giải thuật nội suy G04

Giải thuật nội suy theo đường thắng y=yA

Giải thuật nội suy G00

Nội suy đường tròn G01

Giải thuật nội suy đường tròn G01

Giải thuật nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ G02

Xác định điểm trong hệ tọa độ cực

Giải thuật nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ G03

Bài toán nội suy cung tròn

Lưu đồ giải thuật xác định góc của một điểm trong hệ toạ độ

Hình 60: Lưu đồ giải thuật tính góc quay trong hệ tọa độ cực lệnh G02, G03

Hình 61: Giải thuật nội suy G02, G03

Hình 62: Giao điện điều khiển bằng máy tính

Hình 63: Giao diện phân tải lệnh

Hình 64: Nội suy cung tròn G02

Hình 65: Nội suy cung tròn G03

Hình 66: Giản đồ xung kết nối giữa máy tính và PLC

Hình 67: Giải thuật kết nỗi giữa máy tính và VB

PHAN I:

THAM KHAO LY THUYET

A.MAY CONG CU DIEU KHIEN THEO CHUONG TRINH SO (CNC):

I MAY CONG CU DIEU KHIEN THEO CHUONG TRINH SO (MAY CNQ):

La thé hé máy công cụ được điều khiến theo chương trình viết bằng mã ký tự sé, chữ cái và các ký tự chuyên dụng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ

vi xử lý ¿4P (Microprocessor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ I đến 20 zs và có bộ nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điều khiến

số như: tính toán tọa độ trên các trục điều khiến theo thời gian thực, giám sát các trạng

thái của máy, tính toán các giá trị bù trừ dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng (tuyến tính và phi tuyến), thực hiện so sánh các giá trị mong muốn _

thực tế

Ưu điểm cơ bản của máy CNC:

- So với các máy công cụ điều khiến băng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình được đưa vào máy Người điều khiển chỉ chủ yếu là theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

- Độ chính xác làm việc cao Thông thường các máy CNC có độ chính xác máy

là 0.001mm, do đó có thê đạt được độ chính xác cao hơn

- Chất lượng gia công ôn định, độ chính xác lặp lại cao

- Tốc độ cắt cao.Nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy, những vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể được sử dụng tốt hơn

- Thời gian gia công ngăn hơn

Các ưu điềm khác:

- Máy CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, tiết kiệm thời gian

chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả trong việc gia công hàng loạt các sản phẩm nhỏ

-_ Ít phải đừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí đo đừng máy nhỏ

- Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm giảm

- Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ

- Có thê gia công hàng loại

Nhược điểm:

- Giá thành chế tạo máy cao hơn

- Giá thành bảo dưỡng, sửa chữa máy cũng cao hơn

- Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn

Trình độ hiện tại của máy CNC:

Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ

xử lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý /P Các

hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng, dùng cho

nhiều mục đích điều khiển khác nhau Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ và

tiến tới đĩa CD có dung lượng ngày càng lớn, độ tin cậy và tuổi thọ cao

Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ CNC (Computerized Numerical Control) đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay

cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiến máy

có thể lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu nhập vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiến đều

được hiển thị trên màn hình

Màn hình ban đầu chỉ là đen trăng với các ký tự chữ cái và các con số nay đã dùng màn hình màu đồ hoạ, độ phân giải cao (có thêm toán đồ và hình vẽ mô phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chỉ tiết gia công, chuyên động của đao cụ đều được hiển

thị trên màn hình

Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép các mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý điều hành một cách tông thê hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay của một tập đoàn công nghiệp

Hình 1.1: Một số máy CNC hiện nay đang sử dụng

II CAC DANG DIEU KHIEN MAY CNC:

IL.1 Diéu khién truc tuyén DNC (Direct Numerical Control):

DNC 1a mét hé théng diéu khién trong đó dùng máy tính điều hành trực tiếp

nhiéu máy công tắc điều khiến theo chương trình số Đặc tính cơ bản của hệ DNC là sự

nối ghép trực tuyến (online) nhiều máy CNC với một máy tính

Hệ DNC có thể trao đổi thông tin theo theo 2 cách:

Cách 1 : Vận hành BTR (Behind Tape Reader) Thông tin điều khiển từ máy tính

sau khi qua bộ phận đọc dữ liệu từ vật mang tin sẽ được truyền vào hệ điều khiến của

may CNC

Cách 2 : Vận hành trực tiếp Máy tính trung tâm gộp luôn các bộ nhớ thông tin và

bộ nhớ nội suy cũng như các khả năng khác của CNC vào trong máy tính Các máy công tác chỉ còn có cụm điều khiến thích ứng và các vòng mạch điều chỉnh vị trí, ngoài

chủ đã phụ trách một s6 công việc) Nhưng do lệ thuộc hoàn toàn vào máy tính chủ

nên ít dùng

Hệ thông DNC

Trong hệ DNC, nhiệm vụ cơ bản của máy tính trung tâm là quản lý tập trung các chương trình gia công CNC và phân phối đến các máy công tác

Chức măng cơ Quản lý chương trình NC

Sửa chữa dữ liệu NC

Điêu chỉnh chương trình NC

Chức năng rmở Thu thập và xử lý các dữ liệu hoạt động

rộng Chức năng điêu khiến cho dòng vật chất

Các chức năng thành phân của quá trình gia công

Quá trình lưu trữ và cập nhật dữ liệu điều khiển số cho từng máy CNC trong hệ

thống có tính tiện lợi, hệ thống và kinh té

Khả năng quản lý chương trình trong hệ DNC gồm:

- Quản lý các danh mục các chương trình CNC

- Tìm kiếm một chương trình CNC

- Truy cập và khai thác các chương trình CNC

- Lưu trữ các chương trình CNC

- Quản lý các dữ liệu về dao

- Quản lý các dữ liệu về vật liệu gia cong

- Quan lý các dữ liệu vê đô ga

I.2 Điều khiến thích nghỉ AC (Adaptive Confrol):

Điều khiến AC đựoc hiểu là sự tối ưu hoá của công nghệ trong quá trình gia công, thông qua biện pháp kỹ thuật điều chỉnh tự động

Thông thường, khi gia công một chi tiết, các thông số công nghệ như tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt được đưa ra trước một cách xác định Trong điều khiển

khi gia công thô, lực cắt cho phép lớn nhất là bao nhiêu, từ đó hệ điều khiến AC sẽ kiểm soát các thông số công nghệ sao cho đảm bảo các giá trị giới hạn đã khai báo Thực ra nguyên tắc điều khiển AC không gắn liền với ứng dụng của các máy

CNC Một mặt các thiết bị số sẵn có trong hệ CNC tạo điều kiện dễ dàng hơn sự ghép

nối AC vào nguyên tắc điều khiến này, mặt khác do nhu cầu đòi hỏi phải rút ngăn thời gian gia công trên máy CNC mà hệ điều khiển AC có thê làm được

Diéu khién Qua trinh cat Kêt quả công tác

Đo lường Đo lường

AC Hình học: Nhiệm vụ của nó là điều chỉnh các đại lượng xử lý tạo hình

ACC (Adaptive Control Constraint Điều khiển thích nghỉ với lực cản): Nhiệm

vụ của hệ này là điều chỉnh các đại lượng cắt gọi Ví dụ: lực cắt cần nằm trong một

giới hạn nào đó

ACO (Adaptive Control Optimization _ Điều khiến thích nghi tối ưu hoá): Nhiệm

vụ của nó là điều chỉnh chất lượng tối ưu hoá của toàn bộ quá trình cắt gọt hay là kết

quả điêu khiên dựa vào ảnh hưởng của nhiêu đại lượng xử lý

Công suât vận hành TỦ uy A Quày

máy có bảo vệ quá tải

Luc moment quay va moment Công xuất cắt tỗi đa có bảo

ACC uốn, tải trọng cho phéo tôi đa vệ máy, dao, chi tiết

Cường độ dao động Gia công không có dao

Các chức năng phụ Theo dõi thời gian dừng

theo thứ tự lựa chọn tự do

Việc điều hành các quá trình tính toán cần thiết cho tất cả các hệ thống con trong

một hệ thống gia công linh hoạt, tất yếu phải dựa trên cơ sở của các máy công cụ CNC

vận hành theo nguyên tắc điều khiến DNC

Tính linh hoạt của hệ thống được thê hiện ở các mặt sau:

- Có khả năng sản xuất từ 20 đến 30 loại chỉ tiết có quy trình gia công khác nhau

- Có khá năng thay đổi nhanh số lượng sản phẩm

Tùy thuộc vào quy mô cấu trúc, hệ thông sản xuất linh hoạt có thể phân thành các loại sau:

Don vi san xuat linh hoat (FMU: Flexible Manufacturing Unit):

Đơn vị sản xuất linh hoạt là hệ thống có một máy NC, thông thường là máy CNC

với bàn gá dao và bàn thay dao tự động Có khả năng giảm bớt thao tác cho người sử dụng

Tế bào sản xuất linh hoạt (FMC: Flexible Manufacturing Cell)

Nhóm sản xuất linh hoạt bao gồm hai hay nhiều máy NC, tối thiểu là một CNC

với bàn gá dao và cơ cấu cấp phôi, cấp dao tự động ở từng máy Điều khiến toàn bộ hoạt động của FMC do máy tính trung tâm thực hiện phối hợp với các mạng lưới vi

tính độc lập Phôi được hoàn tất một phân hoặc toàn phần sau khi rời nhóm sản xuất linh hoạt Nhóm sản xuất linh hoạt thường dùng cho sản xuất hàng loạt, sản xuất nhỏ

và trung bình

Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS: Flexible Manufacturing System):

Hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm một hay nhiều nhóm sản xuất linh hoạt có

hệ thống vận chuyển tự động được điều khiển bằng máy tính Điều khiến tòan bộ hệ

thống với máy tính trung tâm Hệ thống sản xuất linh hoạt thường dùng cho sản xuất trung bình và lớn

Hệ thống sản xuất tong hop (CIM: Computer Integrated Manufacturing):

Với sự phát triển của hộ máy NC như CNC, DNC, các hệ thống FMC, EM§S, kỹ

thuật người máy và hệ thống phần mềm điều khiển tự động của máy tính điện tử đã

dẫn đến sự ra đời của hệ thống sản xuất tổng hợp (CIM) vào năm 1978 Hiện nay CIM

chỉ phát triên ở các nước có nên công nghiệp phát triên

CIM là một hệ thống sản xuất xử dụng trí tuệ nhân tạo tong hợp ở trình độ cao các thiết bị sản xuất, các hệ thống thông tin, các phần mềm điều khiển để thự hiện một

quá trình công tác tự động

CIM đứng về mặt xử lý :

- Nó là một tông hợp các hệ thống thiết kế và kiểm tra tất cả các tài nguyên của quá trình sản xuất

- Là một phương tiện phục vụ cho việc tự động hoá thu thập thông tin giữa các hệ

thống máy tính và sử dụng nó cho việc hình thành một hệ thông phản hồi kín để thiết

- Máy tính điện tử trung tâm

Sự khác biệt giữa một máy CIM và NC là trình độ tự động hoá tong hop cua cac

quá trình công tác Ở máy NC tự động hoá thì thực hiện trên từng phần công việc, không có mối quan hệ trực tiếp giữa các khâu công tác của những máy độc lập Ở CIM, các đơn vị gia công thực hiện từng phần công việc có liên quan chặt chẽ với nhau tạo thành một quá trình sản xuất tổng hợp Mối quan hệ giữa từng công đoạn không chỉ theo thứ tự công nghệ mà còn rất nghiêm ngặt về nhịp độ thời gian để chỉ tiết gia công đi từ máy này sang máy khác cùng một lúc nhiều loại chỉ tiết khác nhau Nội dung hoạt độnh của CIM là tổng hợp của 5 lĩnh vực hoạt động riêng :

- Hệ thống thiết kế sản phẩm băng máy tính điện tử CAD (Computer Aided Design)

- Hé thống thiết kế quá trình và điều khiến sản xuất bằng máy tính CAPP (Computer Aided Process Planning)

- _ Hệ thống thiết kế quy trình công nghệ bang may tinh CAE (Computer Aided Engineering)

- _ Hệ thống tồn trữ và vận chuyên điều khiến bang may tinh CAST (Computer Aided Storage and Transportation)

- Hệ thống tô chức và điều khiển sản xuất bằng máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing)

III DAC DIEM CAU TRUC MAY CNC:

Hình sau mô ta kêt câu của các máy công cụ điêu khiên CNC vá các máy công cụ thông thường đề chúng ta dễ dàng nhận ra sự khác biệt giữa chúng:

Truyền động chính sử dụng động cơ một chiều hoặc xoay chiều Khi sử dụng

động cơ một chiều ta có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng dòng kích từ Đối với động

cơ xoay chiêu ta cũng có thê điêu chỉnh vô cầp tôc độ băng bộ biên đôi tân sô, động cơ

xoay chiêu có mômen truyên tải cao và có thê thay đôi vòng quay một cách đơn giản đồng thời khi thay đổi lực tác dụng số vòng quay của động cơ vẫn không đổi

Truyền động chạy dao:

Truyền động chạy dao sử dụng động cơ một chiều hoặc xoay chiều kết hợp với

b6 vit me, bi va dai 6c cho tung truc chay dao X, Y, Z

Động cơ một chiều có đặc tính động học tốt cho các quá trình gia tốc và quá trình hãm phanh, mômen quán tính nhỏ, độ chính xác điền khiển cao cho những đoạn đường dịch chuyền chính xác

Bộ vít me, bị và đai ôc có khả năng biên đôi truyện dân dê dàng, it ma sắt và đảm

bảo không có khe hở khi truyễn dẫn với tôc độ cao

Hình 6: Cấu trúc vitme bi

Phương thức của vít me đai 6c bi:

Các viên bi năm trong rãnh vít me và đai ôc đảm bảo truyện luc it ma sat từ trục vítme qua đai ôc vào bàn máy Nhờ hai nửa đai ôc lăp theo chiêu dài, giữa chúng có vòng cách, có thê điêu chỉnh khử khe hở theo hai chiêu đôi ngược

Trong một sô giải pháp nâng cao của bộ truyên này, bước nâng của rãnh vít trên

trục và trên đai ôc có giá trị khác nhau Việc dân bị hôi rãnh được thực hiện nhờ các

rãnh dân hướng bô trí bên trong hoặc các ông dân hôi bị bao ngoài trục

Vòng cách đề bất căng trướcr— 7 AY

Hình 7: Phương thức chuyên động vitme đai ốc

IV LAP TRINH CHO MAY CNC:

Một máy công cụ thông thường thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do điều khiển tay của người vận hành Trên máy CNC thì mọi quá trình gia công đều được thực hiện tự động Một hệ thống điều khiến theo chương trình số CNC sẽ điều khiến và theo dõi quá trình Hệ thống CNC đo đó cần có một chương trình làm việc do người

vận hành máy hoặc do một kỹ sư lập trình soạn thảo

Chương trình viết ra phải mô tả đầy đủ tất cả các bước cần thiết cho quá trình gia công bằng một ngôn ngữ lập trình mà cụm điều khiển có thể hiểu được Một chương trình được thiết lập để gia công một chỉ tiết được gọi là chương trình chỉ tiết

Chương trình chỉ tiết bao gồm nhiều lệnh công tác cho máy, các lệnh này nằm trong từng câu lệnh Các câu lệnh được xử lý kế tiếp nhau, trong đó có các thông tin ví dụ như số vòng quay trục chính hay đường biên dạng dịch chuyển

Một câu lệnh thường được bắt đầu bằng chữ cái N và số thứ tự câu lệnh (có thể lựa chọn từ N0 đến N9999) Số câu lệnh không có ảnh hưởng đến thứ tự xử lý câu lệnh

trong một quá trình gia công Trình tự gia công do đó được xác định bởi trình tự xử lý

các câu lệnh Mỗi số câu lệnh chỉ được dùng một lần trong chương trình, nếu không

chú ý sẽ dẫn đến nhiễu loạn trong quá trình tìm câu lệnh hoặc quá trình nhảy trở lại

chương trình sau một gián đoạn

Từ lệnh:

Mỗi lệnh làm việc cho máy được gọi là từ lệnh Mỗi từ lệnh bao gồm một địa chỉ

và một con số Con số này có thể có ý nghĩa như một mã số (ví dụ G00 “Chạy

nhanh”), hoặc có ý nghĩa như một giá trị (ví dụ X100 “điểm đích trên trục x”)

Các từ lệnh của một câu lệnh được xếp vào câu lệnh theo một trình tự xác định

gọi là cú pháp, ví dụ:

Mỗi từ của câu lệnh là một lệnh điều khiển máy Lệnh có hiệu lực kéo dài cho

đến khi nó bị xóa hoặc bị thay thế bởi một lệnh có cùng chữ cái và cùng địa chỉ gọi là

phương thức tác dụng MODAL, Lệnh chỉ có tác dụng trong bản thân câu lệnh chứa nó

gọi là phương thức tác dụng THEO CẤU LỆNH

Chia biên dạng thành các yếu tố biên dạng hình học đơn giản

Chia quá trình gia công thành các bước gia công

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

trình Để mô tả vị trí của các điểm này ta dùng một hệ tọa độ, nó bao gồm ba trục vuông góc nhau cùng cắt nhau tại điểm gốc 0 Trong hệ tọa độ này có các trục X, Y và

Hình 9: Hệ tọa độ CNC

I.1 Điểm Zero chương trình:

Khi lập trình, một điểm Zero chương trình và một hệ toạ độ phải được xác định

Thông thường thì điểm Zero chương trình được đặt tại một vị trí tuỳ ý trong vùng không gian làm việc

Hình 10: Điểm zero chương trình

Hé toa d6 nay dugc goi la Hé toa dé gia cong (Work coordinate system)

I.2 Điểm khởi hành:

Hệ tọa độ được sử dụng trong lúc lập trình phải được khai báo vào trong máy

Dao cắt di chuyển bắt đầu từ điểm khởi hành và chương trình cũng bắt đầu từ điểm khởi hành Nhưng phải cho biết tọa độ của dao tại điểm khởi hành với lệnh G92 (lập

trình điểm zẻo tuyệt đối)Ta có 6 hệ toạ độ có thể được chọn lựa để thay đôi Các hệ tọa

độ này sẽ được thiết lập ban đầu thông qua các mã lệnh từ G54 đến G59 Các đoạn

chương trình theo sau sẽ được thi hành trên hệ tọa độ được chọn Các hệ tọa độ tương ứng được xác định trên cơ sở xác định các khoảng cách trên các trục so với điểm

chuẩn (Reference point) cô định trên máy

1.3 Diém chuan:

Điêm chuân là một vị trí cô định trong không gian làm việc của môi máy Khi có lệnh

trở vê điêm chuân thì dao cat sé di chuyên đên vị trí nay

Offset so với

điêm chuân

& Điêm chuân

Hình 11: Điểm chuẩn trong CNC Trong chương trình, điểm Zero của chương trình thông thường sẽ khác với điểm chuẩn trong máy và nó là điểm gốc của hệ toạ độ gia công Khoảng cách từ điểm Zero trong chương trình so với điểm chuẩn sẽ được xác định bằng lệnh G92

Nếu ta dùng một trong 6 hệ tọa độ gia công ở trên (G54 đến G59) thì không cần dùng đến lệnh G92

I.4 Lập trình theo tọa độ tuyệt đối (Absolute) và theo toạ độ gia số

(Incremental):

Khoảng cách di chuyển dao trên mỗi trục sẽ được ra lệnh theo mode tuyệt đối hay

mode gia so

Nếu gọi mode incremental (G91) thi khoang cách dịch chuyên sẽ được ghi trực tiếp vào trong lệnh dịch chuyên

Nếu gọi mode absolute (G90) thì ta sẽ ghi toạ độ dao cắt cần di chuyển đến trong

hệ toạ độ gia công vào trong lệnh dịch chuyền

ILDIEU KHIEN DUONG DICH CHUYEN TREN MAY CNC:

Mỗi một trục chuyển động được điều chỉnh của một may CNC cần một thiết bị

đo, chúng thông báo cho mạch điều chỉnh từng vị trí thật (tức thời ) của bàn máy hoặc

xe dao máy tiện Các đại lượng đo ở đây là những đoạn đường trong chuyển động thắng và các góc trong chuyên động quay cần điều chỉnh

II.1 Những khái niệm liên quan đến phép đo vị trí:

Các đại lượng đo: là những đại lượng vật lý mà giá trị của chúng các được đo lường (ở đây là các đoạn đường thắng và góc)

Giá trị đo: là các giá trị cần tìm ra đại lượng đo (tích của số đo và đơn vị đo)

Dụng cụ đo: là dụng cụ đưa ra các đại lượng đo và chuyền đổi thành các tín hiệu

đo thích hợp

Vi trí đo: là nơi dụng cụ đo thực hiện phép đo

LI.2 Các phương pháp đo:

Đo trực tiếp đường dich chuyển Đo gián tiếp đường dịch chuyên

Đo tương tự đường dịch chuyên Đo số đường dịch chuyển

Tuyệt đối Tuyệt đối chu kỳ Tuyệt đối Gia số (Tương đối)

Đoạn đường hay góc cần do được chuyên đổi liên tục thành một đại lượng vật lý tương thích (đại lượng tương tự analog), chăng hạn chuyển đổi thành điện áp hay cường độ dòng

Đai lương cân đo

Hình 14 :Ðo vị trí bằng đại lượng tương tự

b Phương pháp đo vị trí bằng đại lượng số :

Đoạn đường hay góc cần đo được chia thành các yếu tố đơn vị có độ lớn như

nhau Quá trình đo chính là việc đếm hay cộng lại các yếu tố đơn vị đã đi qua hay nhờ

ở sự nhận biệt các dầu hiệu riêng của yêu tô đơn vi tai vi tri that

Là phương pháp đo bám sát các vị trí cần đo hay các biến đổi vị trí, không cần đến các dẫn động cơ khí trung gian Hệ thống đo được ghép nối trực tiếp với chuyển động cân đo

Hình 16:Ðo vi trí trưc tiếp Phương pháp do vi tri trực tiếp cỗ độ chính xác cao vì giữa đại lượng cần đo và

dụng cụ đo không có các lỗi cơ khí (khe hở, các biến dạng dẻo) Để đảm bảo các lỗi

(do sự bố trí các phần tử đo tạo ra) đủ nhỏ, các khe hở dẫn động của đường hướng bàn

máy phải năm trong giới hạn chấp nhận được

d Phương pháp đo vị trí không trực tiếp :

Trong phương pháp đo này, thay cho biến đổi vị trí tịnh tiến cần đo, một chuyển động quay tương ứng sẽ được đo

Chuyển động quay gắn liền với chuyến động tịnh tiến ở đây là chuyển động quay của vít me chạy dao

Các lỗi mắc phải do sai lệnh bước vít me, độ ăn khớp khi đảo chiều hay khe hở ăn

khớp hai mã răng trong bộ truyền thanh răng-bánh răng bị đưa trực tiếp vào lỗi của phép đo Lỗi này phải nằm trong giới hạn cho phép, thông qua việc cho phép, thông

qua việc chế tạo các bộ truyền với độ chính xác đủ lớn, hoặc đựơc bù lại thông qua các

yếu tô hiệu chỉnh đã đựơc ghi nhớ trong chương trình điều khiến

Hình 18: Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng

e Phương pháp ởo vị trí tuyệt đối :

Trong phương pháp đo này, mỗi giá trị đo đều được so với điểm 0 của thước đo

và có dâu hiệu riêng

Trong phương pháp đo vị trí tương tự/tuyệt đối, ứng với mỗi vị trí trong phạm vi

đường dịch chuyên là một thang điện áp đặc biệt Trong phương pháp đo vị trí s6/tuyét đôi, môi một gia sô vị trí được đánh dâu riêng băng mã nhị phân

Ưu điểm của phương pháp đo vị trí tuyệt đối là tại mỗi thời điểm đo hoặc sau mỗi

lần mất điện áp, vị trí tuyết đối so với điểm 0 được nhận biết ngay Nhưng mặt khác,

các hệ thống đo vị trí tuyệt đối thường tốn kém về cấu trúc, bởi thế, trong các thiết kế

mới chúng hầu như không được ứng dụng nữa

f Phương pháp đo vị trí tuyệt đối theo chu kỳ :

Khi đo vị trí bằng đại lượng tương tự trong những phạm vi địch chuyển lớn hơn,

độ chính xác của các vạch chia trên thang đo (thay đổi vị trí nhỏ nhất có thê nhận biết)

thường không đáp ứng được trên toàn bộ đường dịch chuyên

Trong trường hợp này, người ta chia toàn bộ phạm vi dịch chuyển thành những khoảng tăng có độ lớn khác nhau Trong phạm vi một khoảng tăng, phép đo được thực hiện theo phương pháp tuyệt đối

Giá trị đo tại vị trí đang đo được tính bởi:

U

u

Đường cân đo

U, : là điện áp analog tương ứng đoạn dịch chuyển I

Ư, : là điện áp analog tương ứng đoạn dịch chuyên X„

Hình 19: Đo vị trí tuyệt đối theo chu kì

ø Phương pháp đo vị trí kiểu gia số :

Toàn bộ phạm vi dịch chuyển được chia thành các bước tăng (gia sô=Incremental) không có dâu hiệu riêng, có độ lớn như nhau

Vị trí thật được đưa ra bởi tổng các bước tăng đã đi qua Ở đây các gia số vượt qua phải phải được cộng với nhau hoặc trừ đi cho nhau tuỳ theo chiều chuyền động Giá thành của các hệ thống đo vi trí kiểu gia số tương đối thấp hơn

Nhược điểm của hệ thống là khi đóng mạch điều khiến, vị trí thật lúc đó không

Potentiometer : Sử dụng quan hệ tuyến tính giữa chiều dài của một thứơc đo dẫn

điện với điện trở của nó

Trên các máy công cụ CNC cần có độ chia đơn vị đo nhỏ hơn hoặc bằng 0.001mm Độ chia này không thể đưa vào potentiometer, do vậy chúng không được

máy công cụ sử dụng đê đo vị trí

LI Hệ thống đo vị trí bằng cảm ứng :

Quanh một thước đo có dòng xoay chiều chạy qua, hình thành một trường điện từ biến thiên Từ trường biến thiên này làm xuất hiện một thước đo dẫn điện khác (được đặt trong phạm vi cho phép) một điện áp Điện áp cảm ứng phụ thuộc vào cường độ từ trường và do đó phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai vật dẫn

Thước đo cảm ứng quay ứng dụng nguyên tắc cảm ứng này để đo vị trí theo kiêu tuyệt đôi chu kỳ, không trực tiếp

Cấu tao của một thước đo cảm ứng quay không có vành quét:

Một stator hai pha có hai cuộn dây quân, các cuộn dây của nó đặt thăng đứng trên

nhau Hai cuộn dây quân của stator được câp các điện áp xoay chiêu lệch pha vê điện

là 90° : U, sina

hoặc U, cosa

Tân số phô biến ở đây là 2.5 kHz

Từ trường biến thiên hình thành, gây cảm ứng trong cuộn dây roto một điện áp U, Độ lớn của nó phụ thuộc vào góc quay của cuộn dây rotor đối với vector từ trường

Điện áp cảm ứng trong cuộn dây rotor được chuyển qua một biến thế quay không

có vành quét

Tín hiệu điện áp tỷ lệ với góc quay của rotor do thước đo cảm ứng quay cấp ra

chỉ cho được một tập thứ tự các giá trị đo tuyết đối trong phạm vị của một độ chia trên

Để thích ứng được với bước vít me của trục chạy dao , các truyền động đo cho

thước đo cảm ứng quay phải đảm bảo không có khe hở và do đó không cần bảo đưỡng

Hình 20: Thước đo cảm ứng quay không có vòng quét

LI Thước đo cảm ứng:

Đề đo vị trí theo kiểu tương tự / tuyệt đối / chu kỳ và trực tiếp, người ta dùng thước đo cảm ứng Nguyên tắc tác dụng của nó tương đương với một thước đo cảm ứng quay quấn dây phăng Thước đo cảm ứng tuyến tính bao gồm một thước đo với một cuộn dây phẳng quấn theo dạng gấp khúc chữ nhật

Với mục đích đo lường, khoảng cách dây quấn là 2 mm Bên trên thước đo có

một đoạn thước đo có một đoạn thước dẫn, trên nó có hai cuộn đây dẫn phang dat léch

nhau một phần tư đọ chia

Thước đo chính được cố định trên thân máy, đoạn thước dẫn được lập trên bàn

máy di động mà ta cần đo các biến thiên trị sô của nó Khoảng cách giữa thước đo

chính và thước dẫn vào khoảng 0.25mm

Hình 21: Nguyên tắc cảm ứng tuyến tính

Trong cuộn dây của thước đo chính có một điện áp tân sô cao U„ Qua lớp cách, trong cuộn dây của thước dẫn cảm ứng một điện áp phụ thuộc vào vị trí của cuộn dây

trên thước dẫn so với cuộn dây trên thước đo chính Điện áp này được đánh giá trong

hệ điêu khiên và đưa ra gia tri do vi tri cua ban may

Hình 22: Thước đo cảm ứng

b Dụng cụ đo vị trí kiêu sô :

LI Hệ thống đo vị trí kiểu số / gia số :

Hệ thống do vị trí kiểu số/gia số làm việc theo nguyên tắc quang-điện Theo phương pháp chiếu phản quang, một tia sáng chiếu qua một thước đo, tiếp trên đó có những vạch chia phản quang và không phản quang thay đổi kế tiếp nhau Tia sáng gặp phải vạch phản quang và không phan quang thay đôi kế tiếp nhau Tia sáng gặp phải vạch phản quang sẽ bị phản hồi lại và được tế bào quang điện tiếp thụ

Trong phương pháp soi thấu, trên thước đo có những vạch soi thấu và không thấu

đặt kế tiếp nhau

Câu trúc của một hệ thông đo vị trí kiêu sô dùng nguyên tắc quang-điện và soi

thấu :

Đầu kích quang gom một thiết bị chiếu sang, mot thấu kính hội tụ, một lưỡi chia

kích quang và các phần tử tiếp thụ kích thích (tế bào quang điện)

Khi đầu kích quang có chuyên động tương đối so với kích thước đo, thước này

chạy giữa thâu kính hội tụ và lưỡi chia, sẽ xuất hiện một tín hiệu dạng sin

Nhờ các tế bào quang điện bố trí thành hai hàng trên nhau, đặt lệch nhau một

phần tư độ chia, ta nhận được hai tín hiệu lệch pha 90°, qua đó hệ điều khiển có thê

phân biệt được chiều chuyên động

Trong các hệ thống đo vị trí kiểu gia số, khi mất điện áp nguồn, các giá trị đo vị

trí bàn máy cũng mất theo Để tái hiện đựơc số đo này, thước đo có thể được trang bị

thêm một hay nhiều mốc đo chuẩn Các tín hiệu đầu ra của hệ thống đo chiều dài theo

phương pháp quang điện được khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử và tạo thành dạng xung chữ nhật

Tùy theo chu kỳ chia và độ chia đòi hỏi, các tín hiệu được nội suy tương tự và

chia nhỏ thêm đến 5 hay 25 lần