Bài giảng Điều khiển số máy công cụ - Đào Văn Hiệp

Chia sẻ: Trương Kỳ Phương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

130
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung bài giảng trình bày kiến thức nhập môn của máy công cụ, đặc điểm kết cấu và điều khiển máy CNC, cơ sở lập trình gia công trên máy CNC.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điều khiển số máy công cụ - Đào Văn Hiệp

§µo V¨n HiÖp §iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô (Bµi gi¶ng) Hµ Néi, 8-2009
Môc lôc Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô ................................................................. 1 1.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ............................................................ 1 1.1.1. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ víi m¸y c«ng cô truyÒn thèng ........................................3 1.3.2. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ víi m¸y tù ®éng ..............................................................3 1.3.3. §iÒu khiÓn thÝch nghi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ........................................................................4 1.2. C¸c d¹ng ®iÒu khiÓn tù ®éng m¸y c«ng cô.................................................................... 4 1.2.1. §iÒu khiÓn b»ng cam .........................................................................................................6 1.2.2. §iÒu khiÓn theo mÉu ..........................................................................................................6 1.2.3. §iÒu khiÓn nhê b¶ng c¾m ..................................................................................................7 1.2.4. §iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè ........................................................................................8 1.3. §iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô...................................................................................................... 8 1.3.1. Kh¸i niÖm ®iÒu khiÓn sè ....................................................................................................8 1.3.2. NC vµ CNC.......................................................................................................................13 1.3.4. Trung t©m gia c«ng CNC .................................................................................................17 1.3.5. §iÒu khiÓn sè trùc tiÕp .....................................................................................................20 1.4. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y NC ............................................................................................ 22 1.4.1. Sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña m¸y NC..................................................................................22 1.4.2. C¸c giai ®o¹n ph¸t triÓn ...................................................................................................25 1.5. C¸c −u, nh−îc ®iÓm cña m¸y CNC ....................................................................................... 26 1.5.1. C¸c −u ®iÓm cña m¸y CNC ..............................................................................................27 1.5.2. C¸c nh−îc ®iÓm cña CNC ................................................................................................32 1.6. H−íng sö dông vµ ph¸t triÓn m¸y CNC ........................................................................... 33 1.6.1. Lùa chän vµ sö dông hîp lý m¸y CNC ............................................................................33 1.6.2. §iÒu khiÓn thÝch nghi m¸y CNC......................................................................................36 1.6.3. M¸y cã cÊu h×nh thay ®æi ®−îc ........................................................................................41 Ch−¬ng 2: §Æc ®iÓm kÕt cÊu vµ ®iÒu khiÓn m¸y CNC........................................................ 45 2.1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn CNC ................................................................................................... 45 2.1.1. C¸c ph−¬ng ph¸p néi suy .................................................................................................46 2.1.2. C¸c kiÓu ®iÒu khiÓn..........................................................................................................48 2.3. §Æc ®iÓm kÕt cÊu vµ ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng ........................................................... 50 2.3.1. HÖ thèng ®iÒu khiÓn trôc chÝnh........................................................................................50 2.3.2. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ch¹y dao..........................................................................................51 2.3.3. ThiÕt bÞ g¸ kÑp chi tiÕt......................................................................................................54 2.3.4. HÖ thèng thay dao tù ®éng ...............................................................................................55 Ch−¬ng 3: C¬ së lËp tr×nh gia c«ng trªn m¸y CNC ........................................................... 59 3.1. C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y CNC ..................................................................................... 59 3.2. C¬ së h×nh häc cña viÖc lËp tr×nh NC .............................................................................. 60 3.2.1. C¸c hÖ to¹ ®é....................................................................................................................60 3.2.2. Ph−¬ng ph¸p nhËp to¹ ®é .................................................................................................61 3.2.3. Quy ®Þnh gèc to¹ ®é ph«i (zero ph«i) ..............................................................................61
3.2.4. Bï th«ng sè dao................................................................................................................64 3.3. C¬ së c«ng nghÖ cña viÖc lËp tr×nh NC .......................................................................... 66 3.3.1. C¬ së c«ng nghÖ tiÖn........................................................................................................66 3.3.2. C¬ së c«ng nghÖ phay ......................................................................................................66 3.4. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ lËp tr×nh NC ............................................................................... 68 3.4.1. CÊu tróc cña ch−¬ng tr×nh NC..........................................................................................68 3.4.2. C¸c ph−¬ng ph¸p lËp tr×nh ...............................................................................................69 3.4.3. C¸c lo¹i ng«n ng÷ lËp tr×nh ..............................................................................................73 Tµi liÖu tham kh¶o........................................................................................................................... 78
Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô M¸y NC (Numerical Control Machine Tools) nÕu ®−îc dÞch mét c¸ch ®Çy ®ñ ph¶i lµ m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè, nh−ng th−êng ®−îc gäi t¾t lµ m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè hoÆc m¸y NC. Tuy còng lµ mét lo¹i m¸y tù ®éng nh− nhiÒu thÕ hÖ m¸y tù ®éng tr−íc, m¸y NC cã nh÷ng tiÕn bé vÒ nÒn t¶ng c«ng nghÖ vµ tÝnh n¨ng. §Ó gióp b¹n ®äc hiÓu s©u s¾c h¬n vÒ b¶n chÊt cña NC, nh÷ng −u ®iÓm vµ øng dông cña m¸y NC, chóng t«i ®iÓm qua vÒ vÊn ®Ò tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ vµ vÒ m¸y tù ®éng nãi chung tr−íc khi ®i vµo nh÷ng vÊn ®Ò cô thÓ cña m¸y NC. 1.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ §Ó ®¹t ®−îc kÕt qu¶ gia c«ng mong muèn, qu¸ tr×nh c«ng nghÖ (gia c«ng trªn m¸y c«ng cô) cÇn ph¶i ®−îc ®iÒu khiÓn. Cã thÓ nãi lÞch sö ph¸t triÓn cña khoa häc c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y g¾n liÒn víi lÞch sö ph¸t triÓn cña kü thuËt ®iÒu khiÓn m¸y c«ng cô. §iÒu khiÓn m¸y c«ng cô ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sù t¸c ®éng lªn c¸c c¬ cÊu cña m¸y ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ gia c«ng chi tiÕt ®¹t c¸c chØ tiªu kü thuËt, n¨ng suÊt vµ chi phÝ [7]. §iÒu khiÓn m¸y c«ng cô cã thÓ "b»ng tay" (do con ng−êi thùc hiÖn) hoÆc "tù ®éng", nghÜa lµ kh«ng cã sù can thiÖp trùc tiÕp cña con ng−êi. T−¬ng øng víi 2 ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn lµ 2 lo¹i m¸y: m¸y th«ng th−êng vµ m¸y tù ®éng. M¸y th«ng th−êng (Conventional Machine Tools), ®«i khi cßn ®−îc gäi mét c¸ch kh«ng thËt râ rµng lµ m¸y v¹n n¨ng (Universal Machine Tools hoÆc General Purpose Machine Tools), lµ c¸c m¸y c«ng cô kh«ng ®−îc tù ®éng ho¸ hoÆc tù ®éng ho¸ ë møc rÊt thÊp. MÆc dï ®· cã nh÷ng tiÕn bé v−ît bËc vÒ kÕt cÊu; cã thÓ ®¹t ®é chÝnh x¸c gia c«ng cao (®Õn µm); tèc ®é lµm viÖc cao (3000 ÷ 4000v/ph) vµ kh¶ n¨ng c«ng nghÖ cao (gia c«ng ®−îc nhiÒu d¹ng bÒ mÆt kh¸c nhau); c¸c tiÖn Ých sö dông ®−îc c¶i thiÖn (vÝ dô ®o, hiÓn thÞ to¹ ®é vµ chu tr×nh gia c«ng d¹ng sè),... nh−ng vÒ nguyªn lý lµm viÖc vµ kÕt cÊu c¬ b¶n th× c¸c m¸y hiÖn ®¹i (h×nh 1.1) kh«ng cã g× kh¸c so víi m¸y cæ ®iÓn (h×nh 1.2). VÒ b¶n chÊt, chóng ®Òu ®−îc ng−êi ®iÒu khiÓn trùc tiÕp. Ng−êi thî ®øng m¸y ph¶i trùc tiÕp thùc hiÖn hÇu hÕt c¸c c«ng viÖc, tõ khi g¸ ph«i cho ®Õn khi hoµn thµnh nguyªn c«ng vµ th¸o chi tiÕt khái m¸y. §ã lµ chuçi c¸c c«ng viÖc: g¸ ph«i, chän dao, ®Æt chÕ ®é c¾t, dÞch chuyÓn dao, gi¸m s¸t qu¸ tr×nh vµ kiÓm tra kÕt qu¶ gia c«ng, th¸o chi tiÕt khái m¸y. Trªn m¸y tù ®éng (Automated Machine Tools), mét sè chøc n¨ng ®−îc ®iÒu khiÓn tù ®éng. Tõ m¸y th«ng th−êng thµnh m¸y tù ®éng ®iÒu khiÓn sè hiÖn ®¹i, m¸y c«ng cô tr¶i qua nhiÒu giai ®o¹n T§H. Tr−íc hÕt ng−êi ta −u tiªn T§H hÖ thèng chuyÓn ®éng t¹o h×nh, sau ®ã lµ T§H c¸c hÖ thèng phô trî. Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 1
H×nh 1. 1: KÕt cÊu cña m¸y tiÖn hiÖn ®¹i H×nh 1. 2: KÕt cÊu cña m¸y tiÖn cæ ®iÓn Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 2
1.1.1. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ víi m¸y c«ng cô truyÒn thèng M¸y c«ng cô truyÒn thèng ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng tay (h×nh 1.3). Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ chøa ®ùng t−¬ng t¸c c¬, lý, ho¸ gi÷a c¸c yÕu tè cña hÖ thèng vµ c¸c yÕu tè nhiÔu lo¹n. Th«ng sè ®Çu vµo cña hÖ thèng lµ chÕ ®é c«ng nghÖ (tèc ®é c¾t S vµ l−îng ch¹y dao F), c¸c th«ng sè ®Çu ra Y thÓ hiÖn ph¶n øng cña hÖ thèng (kÝch th−íc, ®é nh¸m bÒ mÆt, lùc c¾t, nhiÖt ®é vïng c¾t, rung ®éng, mßn dao,...). Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn hoµn toµn do con ng−êi (c«ng nh©n) thùc hiÖn. Con ng−êi c¨n cø yªu cÇu c«ng nghÖ, tÝnh to¸n c¸c th«ng sè c«ng nghÖ X, ®Æt chóng vµo m¸y, gi¸m s¸t ®Çu ra Y cña qu¸ tr×nh ®Ó thùc hiÖn c¸c hiÖu chØnh cÇn thiÕt. Trong hÖ thèng nµy hoµn toµn kh«ng cã yÕu tè tù ®éng ®iÒu khiÓn. VÒ nguyªn t¾c, ®©y lµ hÖ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh. Víi cÊu tróc nµy cña hÖ thèng, qu¸ tr×nh c«ng nghÖ n»m trong vßng ®iÒu khiÓn nªn mÆc dï kh«ng ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c vµ ®é nh¹y cÇn thiÕt (do con ng−êi thùc hiÖn), hÖ thèng cã kh¶ n¨ng thÝch øng víi biÕn ®éng cña qóa tr×nh. Do c¸c ®Æc ®iÓm nãi trªn mµ m¸y c«ng cô th«ng th−êng ®−îc gäi lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn thÝch nghi b»ng tay (Manual Adaptive Control). H×nh 1. 3: S¬ ®å ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh theo c«ng nghÖ truyÒn thèng 1.3.2. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ víi m¸y tù ®éng Khi thùc hiÖn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ trªn m¸y tù ®éng (h×nh 1.4), viÖc tÝnh to¸n c¸c chÕ ®é c«ng nghÖ vÉn do con ng−êi thùc hiÖn. Bé ®iÒu khiÓn thay thÕ con ng−êi ®−a c¸c th«ng sè c«ng nghÖ (S, F) vµo m¸y vµ ®iÒu khiÓn m¸y ho¹t ®éng theo c¸c gi¸ trÞ ®· Ên ®Þnh. Nã chØ gióp tù ®éng ho¸ kh©u nhËn, ®äc, gi¶i m· ch−¬ng tr×nh, tÝnh to¸n vµ ®iÒu khiÓn hÖ thèng thùc hiÖn ®óng tr×nh tù vµ th«ng sè c«ng nghÖ quy ®Þnh s½n. ChÝnh v× vËy, ®iÒu khiÓn m¸y c«ng cô lµ ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh. H×nh 1. 4: S¬ ®å ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh víi m¸y tù ®éng Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 3
Môc tiªu ®iÒu khiÓn tù ®éng trªn c¸c m¸y c«ng cô hiÖn nay lµ ®¶m b¶o c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c ho¹t ®éng theo ®óng tr×nh tù vµ c¸c chÕ ®é c«ng nghÖ (S, F) ghi trong ch−¬ng tr×nh chø kh«ng ph¶i lµ c¸c th«ng sè ra (Y) cña qu¸ tr×nh. ChÊt l−îng cña qu¸ tr×nh hoµn toµn phô thuéc vµo tÝnh ®óng ®¾n cña phÐp tÝnh th«ng sè c«ng nghÖ ban ®Çu. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ n»m ngoµi vßng gi¸m s¸t cña bé ®iÒu khiÓn nªn nã kh«ng thÓ nhËn biÕt vµ kh«ng thÓ ph¶n øng tr−íc c¸c biÕn ®éng (nhiÔu lo¹n) trong x¶y ra trong qu¸ tr×nh c«ng nghÖ vµ nh÷ng biÕn ®éng cña th«ng sè ra Y. V× vËy, bé ®iÒu khiÓn nµy ®−îc gäi lµ bé ®iÒu khiÓn tÜnh (Fixed Controller). 1.3.3. §iÒu khiÓn thÝch nghi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ Muèn tù ®éng kiÓm so¸t kÕt qu¶ gia c«ng, bé ®iÒu khiÓn ph¶i cã kh¶ n¨ng nhËn biÕt nh÷ng thay ®æi cña c¸c th«ng sè ra Y hoÆc c¸c th«ng sè m«i tr−êng ®Æc tr−ng, cã kh¶ n¨ng bï trõ hoÆc h¹n chÕ biÕn ®éng cña chóng, nh»m duy tr× sù lµm viÖc b×nh th−êng hoÆc ®¶m b¶o hiÖu qu¶ cao nhÊt cho qu¸ tr×nh. HÖ thèng ®iÒu khiÓn nh− vËy ®−îc gäi lµ hÖ ®iÒu khiÓn thÝch nghi (§KTN). S¬ ®å §KTN m¸y c«ng cô ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 1.5. Trong hÖ thèng nµy, con ng−êi chØ ph¶i tÝnh chÕ ®é gia c«ng. Bé ®iÒu khiÓn (th−êng lµ CNC) vÉn gi÷ chøc n¨ng nhËn vµ duy tr× th«ng sè c«ng nghÖ ®· ®Þnh. Bé §KTN gi¸m s¸t th«ng sè ra hoÆc th«ng sè m«i tr−êng, ra quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn vµ lÖnh cho bé CNC thùc hiÖn c¸c hiÖu chØnh cÇn thiÕt. ViÖc gi¸m s¸t vµ hiÖu chØnh chÕ ®é c«ng nghÖ ®−îc thùc hiÖn trong thêi gian thùc, khiÕn m¸y c«ng cô lµm viÖc víi chÕ ®é gia c«ng S2, F2 kh¸c víi chÕ ®é gia c«ng tÝnh to¸n S1, F1, ®¶m b¶o gi¸ trÞ hîp lý nhÊt cña th«ng sè ra. H×nh 1. 5: S¬ ®å ®iÒu khiÓn thÝch nghi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ VÒ cÊu tróc logic, s¬ ®å §KTN trong h×nh 1.5 t−¬ng tù nh− s¬ ®å ®iÒu khiÓn b»ng tay trong h×nh 1.3, nh−ng §KTN do m¸y mãc thùc hiÖn nªn ®¶m b¶o ®−îc ®é chÝnh x¸c vµ ®é nh¹y cao. Kh¸c vÒ b¶n chÊt so víi ®iÒu khiÓn th«ng th−êng, §KTN mang tÝnh tÝch cùc, ®éng vµ th«ng minh. 1.2. C¸c d¹ng ®iÒu khiÓn tù ®éng m¸y c«ng cô Tõ m¸y th«ng th−êng ®Õn m¸y CNC hiÖn ®¹i, m¸y c«ng cô tr¶i qua nhiÒu giai ®o¹n ph¸t triÓn. §ã lµ qu¸ tr×nh tù ®éng ho¸ tõng phÇn, tõng hÖ thèng cña m¸y víi sù øng dông Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 4
c¸c kü thuËt tiªn tiÕn nhÊt cña mçi thêi kú. Tr−íc hÕt, ng−êi ta −u tiªn T§H hÖ thèng chuyÓn ®éng t¹o h×nh, sau ®ã T§H c¸c hÖ thèng phô trî. VÒ kü thuËt, tÊt c¶ c¸c d¹ng T§H dïng tÝn hiÖu t−¬ng tù vµ tÝn hiÖu sè ®· ®−îc lÇn l−ît sö dông. §Ó ®¶m b¶o c¸c th«ng sè h×nh häc vµ chÊt l−îng gia c«ng, hÖ thèng chuyÓn ®éng t¹o h×nh ph¶i lµm viÖc theo mét ch−¬ng tr×nh lËp tr−íc. Ch−¬ng tr×nh gia c«ng ®−îc biÓu hiÖn d−íi c¸c d¹ng kh¸c nhau vµ ®−îc ghi lªn mét ph−¬ng tiÖn thÝch hîp, ®−îc gäi lµ vËt mang tin. C¨n cø vµo d¹ng biÓu diÔn ch−¬ng tr×nh vµ vËt mang tin (phÇn t« x¸m trong h×nh 1.6), cã thÓ ph©n biÖt 4 d¹ng ®iÒu khiÓn. §ã lµ d¹ng ®iÒu khiÓn b»ng cam (I), ®iÒu khiÓn theo mÉu (II), ®iÒu khiÓn nhê b¶ng c¾m (III) vµ ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè (IV). H×nh 1. 6: C¸c d¹ng ®iÒu khiÓn m¸y c«ng cô Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 5
1.2.1. §iÒu khiÓn b»ng cam Trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng cam (Cam Control), kho¶ng vµ tèc ®é dÞch chuyÓn cña c¸c c¬ cÊu ®−îc ®iÒu khiÓn nhê biªn d¹ng cña cam. Sù phèi hîp gi÷a c¸c c¬ cÊu ®−îc thùc hiÖn nhê vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña c¸c cam víi nhau trªn trôc ph©n phèi. Trªn h×nh 1.7 lµ s¬ ®å c¬ cÊu ch¹y dao cña m¸y tù ®éng revolver. Kho¶ng dÞch chuyÓn cña c¸c dao phô thuéc biªn d¹ng cña c¸c cam t−¬ng øng. Tèc ®é ¨n dao phô thuéc vµo tèc ®é cña trôc ph©n phèi vµ ®ång bé víi tèc ®é trôc chÝnh. C¸c dao ho¹t ®éng ®ång bé theo chu tr×nh, phô thuéc vµo vÞ trÝ l¾p r¸p cña c¸c cam trªn trôc. Nh− vËy, trong d¹ng ®iÒu khiÓn nµy, ch−¬ng tr×nh gia c«ng ®−îc thÓ hiÖn qua h×nh häc vÞ trÝ cña c¸c cam, cã d¹ng t−¬ng tù vµ hÖ thèng cam - trôc ph©n phèi lµ vËt mang tin. H×nh 1. 7: HÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng cam 1.2.2. §iÒu khiÓn theo mÉu HÖ thèng ®iÒu khiÓn theo mÉu (Tracer Control) cßn ®−îc gäi lµ hÖ thèng chÐp h×nh, trong ®ã quü ®¹o cña dao (t¹o nªn biªn d¹ng cña chi tiÕt gia c«ng) ®−îc sao chÐp tõ biªn d¹ng cña mÉu (h×nh 1.8). Tuú theo c¬ cÊu truyÒn chuyÓn ®éng tõ ®Çu dß 2 ®Õn dao 8 mµ cã thÓ cã hÖ thèng chÐp h×nh c¬ khÝ (dïng con tr−ît, ®ßn bÈy c¬ khÝ) hoÆc hÖ thèng b¸m (thuû lùc, ®iÖn hoÆc ®iÖn - thuû lùc). Trong hÖ thèng chÐp h×nh, ch−¬ng tr×nh gia c«ng cã d¹ng t−¬ng tù vµ H×nh 1. 8: HÖ thèng chÐp h×nh thuû lùc mÉu chÐp h×nh lµ vËt mang tin. Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 6
1.2.3. §iÒu khiÓn nhê b¶ng c¾m B¶ng c¾m (Plug- board) lµ tªn chung ®Ó chØ c¸c b¶ng ph¼ng (Panel Type) hoÆc tang trèng (Drum Type), trªn ®ã chøa ma trËn (hµng × cét) c¸c lç c¾m ®Ó c¾m d©y, nèi kÝn m¹ch ®iÖn (qua c¸c phÇn tö logic ®iÖn, ®iÖn tö nh− tiÕp ®iÓm, r¬le, diode, bé ®Õm, ®Þnh thêi,...) ®Ó ®iÒu khiÓn mét chuçi c«ng viÖc nhÊt ®Þnh (h×nh 1.9). H×nh 1. 9: B¶ng c¾m lµ vËt mang tin Nh− vËy trong tr−êng hîp nµy, b¶ng c¾m chÝnh lµ vËt mang tin. Mçi hµng trong b¶ng t−¬ng øng víi mét lÖnh trong ch−¬ng tr×nh, nªn sè hµng trªn b¶ng c¾m (th−êng lµ 24) giíi h¹n sè lÖnh ®iÒu khiÓn. Trªn mçi hµng cã c¸c lç (th−êng lµ 34) c¸ch ®Òu nhau. Khi mçi lç ®−îc c¾m th× mét chøc n¨ng ®−îc kÝch ho¹t (vÝ dô dÞch chuyÓn theo chiÒu +X). Khi mçi lÖnh (hµng) ®−îc hoµn thµnh th× c¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh sÏ t¸c ®éng, cho phÐp chuyÓn sang lÖnh ghi trong hµng kÕ tiÕp. Khi mét lç ®−îc c¾m th× chøc n¨ng t−¬ng øng ®−îc kÝch ho¹t liªn tôc cho ®Õn khi chuyÓn sang lÖnh míi. V× vËy, ®iÒu khiÓn dïng b¶ng c¾m thuéc d¹ng ®iÒu khiÓn nèi cøng (Hard-Wired Control). Mét bé ®iÒu khiÓn cã thÓ dïng kÕt hîp nhiÒu b¶ng c¾m, mçi b¶ng chøa mét modul ch−¬ng tr×nh theo chøc n¨ng nhÊt ®Þnh. Trªn mét sè m¸y c«ng cô cßn dïng 2 lo¹i b¶ng c¾m: b¶ng c¾m c¬ khÝ chøa c¸c d−ìng, vÊu ®Ó ®iÒu khiÓn quü ®¹o vµ to¹ ®é dÞch chuyÓn cña c¬ cÊu c«ng t¸c. B¶ng c¾m ®iÖn ®iÒu khiÓn c¸c chøc n¨ng phô trî (nh− bËt t¾t, ®¶o chiÒu ®éng c¬, thay dao, t−íi dung dÞch,...). TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn dïng víi b¶ng c¾m cã thÓ lµ liªn tôc hoÆc rêi r¹c, tuú theo phÇn tö ®−îc dïng. Cã thÓ nãi, ®iÒu khiÓn b»ng b¶ng c¾m ch−a ph¶i lµ ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè, nh−ng nã gîi ra ý t−ëng mang tÝnh c¸ch m¹ng trong lÜnh vùc ®iÒu khiÓn m¸y c«ng cô: ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè. Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 7
1.2.4. §iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè §iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè lµ d¹ng ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh cho tr−íc, ®−îc s¶n sinh vµ l−u tr÷ d−íi d¹ng c¸c ký tù (ch÷ sè, ch÷ c¸i hoÆc c¸c ký tù kh¸c). Nhê sö dông ch−¬ng tr×nh d¹ng ký tù mµ viÖc s¶n sinh, söa ®æi ch−¬ng tr×nh dÔ dµng h¬n; thiÕt bÞ l−u tr÷ vµ ®äc ch−¬ng tr×nh ®a d¹ng vµ ®¬n gi¶n h¬n, nhÊt lµ khi m¸y tÝnh ®−îc sö dông víi t− c¸ch bé ®iÒu khiÓn. V× ®iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô lµ néi dung c¬ b¶n, xuyªn suèt cña tµi liÖu nµy nªn tõng vÊn ®Ò: kh¸i niÖm, kÕt cÊu, vËn hµnh, lËp tr×nh cho m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè sÏ ®−îc tr×nh bµy kü h¬n, theo tõng ch−¬ng riªng. §Æc ®iÓm cña c¸c d¹ng ®iÒu khiÓn nãi trªn ®−îc tãm t¾t trong b¶ng sau. D¹ng ®iÒu VËt mang tin N¬i s¶n sinh NhiÖm vô khiÓn H×nh häc Chøc n¨ng phô trî ch−¬ng tr×nh B»ng cam ®Þnh vÞ, dÞch chuyÓn cam (®Üa, thïng, mÆt ®Çu) phßng thiÕt kÕ B»ng mÉu ®Þnh vÞ, dÞch chuyÓn mÉu, d−ìng phßng thiÕt kÕ B¶ng c¾m ®Þnh vÞ, dÞch chuyÓn vÊu, mÉu b¶ng c¾m t¹i m¸y ®Þnh vÞ, dÞch chuyÓn b¨ng ®ôc chuyÓn m¹ch, phßng c«ng NC chÝnh x¸c lç, b¨ng tõ b¨ng lç, b¨ng tõ nghÖ ®Þnh vÞ, dÞch chuyÓn phßng c«ng b¨ng ®ôc lç, b¨ng tõ, ®Üa tõ, bé CNC chÝnh x¸c víi d¹ng nghÖ hoÆc t¹i nhí trong h×nh häc phøc t¹p m¸y 1.3. §iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô 1.3.1. Kh¸i niÖm ®iÒu khiÓn sè HiÖn cã nhiÒu ®Þnh nghÜa vÒ ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè(*). Theo HiÖp héi c«ng nghiÖp ®iÖn tö Mü [3] (U. S. Electronic Industries Association - EIA), thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè lµ mét hÖ thèng, ho¹t ®éng cña nã ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng d÷ liÖu sè. HÖ thèng ph¶i dÞch tù ®éng Ýt nhÊt mét phÇn cña d÷ liÖu nµy. Theo Britannica Concise Encyclopedia, ®iÒu khiÓn sè lµ ®iÒu khiÓn mét hÖ thèng hay thiÕt bÞ b»ng c¸ch nhËp trùc tiÕp d÷ liÖu d−íi d¹ng ch÷ sè, ch÷ c¸i, ký hiÖu, tõ hoÆc tæ hîp c¸c d¹ng trªn. (*) ThuËt ng÷ "®iÒu khiÓn sè" ®−îc dÞch trùc tiÕp tõ "Numerical Control". Tuy nhiªn, trong tiÕng ViÖt, "®iÒu khiÓn sè" cßn cã nghÜa lµ ®iÒu khiÓn dïng tÝn hiÖu sè "Digital Control". Trong nhiÒu tr−êng hîp, cÇn ph©n biÖt ®Ó tr¸nh nhÇm lÉn. Trong tµi liÖu nµy, trõ nh÷ng chç cã ghi chó, thuËt ng÷ "®iÒu khiÓn sè" cÇn ®−îc hiÓu mét c¸ch chÝnh x¸c lµ "®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè" (nh− trong tiÕng Nga: "числовое программое управление"). Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 8
Theo ГОСТ 20523-80 [7], ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè m¸y c«ng cô lµ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh gia c«ng theo ch−¬ng tr×nh, trong ®ã c¸c d÷ liÖu ®−îc cho d−íi d¹ng ch÷ sè. Ch−¬ng tr×nh gia c«ng (Part Program) lµ b¶n h−íng dÉn gia c«ng, trong ®ã chøa c¸c th«ng tin h×nh häc (m« t¶ quü ®¹o chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a dao vµ ph«i) vµ th«ng tin c«ng nghÖ (tèc ®é trôc chÝnh, l−îng ch¹y dao,...). C¸c lÖnh vµ tõ trong ch−¬ng tr×nh ®−îc tËp hîp theo mét quy t¾c vµ tr×nh tù quy ®Þnh vµ ®−îc biÓu diÔn theo mét hÖ m· tiªu chuÈn (vÝ dô ISO) mµ bé ®iÒu khiÓn cã thÓ hiÓu vµ xö lý ®−îc. Nhê m· ho¸ mµ c¸c th«ng tin ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng sè. Bé ®iÒu khiÓn ph¶i dÞch ch−¬ng tr×nh ra m· m¸y ®Ó xö lý. M· ho¸ ë ®©y lµ sù chuyÓn ®æi th«ng tin c¸c d¹ng kh¸c nhau (ng«n ng÷ nãi, sè) sang d¹ng sè (ký tù). VÝ dô lÖnh "Ch¹y dao theo ®−êng th¼ng tõ vÞ trÝ hiÖn t¹i ®Õn to¹ ®é X=100, Y=150 víi tèc ®é 300mm/ph" ®−îc m· ho¸ nh− sau: G01 X100 Y150 F300; "Khëi ®éng trôc chÝnh theo chiÒu kim ®ång hå" ®−îc m· ho¸ thµnh M03. Nhê th«ng tin ®−îc sè ho¸ (tho¸t ly b¶n chÊt vËt lý) mµ nã cã thÓ ®−îc ghi vµo c¸c thiÕt bÞ l−u tr÷ v¨n b¶n. ThiÕt bÞ l−u tr÷ (vËt mang tin) dïng cho m¸y NC rÊt ®a d¹ng vµ thay ®æi kh«ng ngõng theo sù tiÕn bé cña ph−¬ng tiÖn truyÒn vµ l−u tr÷ th«ng tin: b¨ng ®ôc lç, b×a ®ôc lç, b¨ng tõ, ®Üa tõ, c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö (nh− RAM, Memory Card, USB Flash Drive). Ch−¬ng tr×nh NC cßn cã thÓ ®−îc truyÒn tõng qua c¸p (RS 232, RS 485) hoÆc truyÒn file qua m¹ng m¸y tÝnh, nh− m¹ng côc bé (LAN) hoÆc Internet. Tuy c¸c ph−¬ng tiÖn l−u tr÷ vµ truyÒn th«ng tin kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt vËt lý, nh−ng nguyªn t¾c m· ho¸ vÉn gièng nh− ë b¨ng ®ôc lç. Theo nguyªn t¾c m¸y tÝnh sè, mäi th«ng tin ®−îc sè ho¸ vµ ®−îc biÓu diÔn theo m· nhÞ ph©n, trong ®ã chØ dïng 2 ký tù, lµ "0" vµ "1". Trong m¸y NC, "1" t−¬ng øng tr¹ng th¸i cã tÝn hiÖu (xung), "0" t−¬ng øng tr¹ng th¸i kh«ng cã xung. Trong m¸y CNC (bé ®iÒu khiÓn lµ m¸y tÝnh sè) tr¹ng th¸i "1" hoÆc "0" ®−îc chøa trong 1 bit th«ng tin. Nhê sö dông kÕt hîp c¸c bit theo mét quy t¾c nhÊt ®Þnh, ta cã thÓ biÓu diÔn bÊt cø ký tù nµo. Do h¹n chÕ vÒ kÝch th−íc, c¸c b¨ng ®ôc lç chØ cã 8 r·nh (Track), nªn hÖ m· nhÞ ph©n thuÇn tuý chØ biÓu diÔn ®−îc 258 ký tù, kh«ng thÓ biÓu diÔn ®−îc c¸c sè lín vµ c¸c sè thËp ph©n nhiÒu ch÷ sè. §Ó kh¾c phôc ®iÒu ®ã, ng−êi ta ®· ®−a ra hÖ m· thËp-nhÞ ph©n (Binary- Coded Decimal Code), gäi t¾t lµ BCD Code. Trong hÖ BCD, chØ c¸c ch÷ sè tõ 0-9 lµ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng nhÞ ph©n, cßn phÇn thËp ph©n ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng thËp ph©n. Víi 1 b¨ng ®ôc lç 8 r·nh, ta cã thÓ biÓu diÔn bÊt cø ký tù nµo vµ l−îng th«ng tin lµ kh«ng h¹n chÕ. H×nh 1.10 m« t¶ mét ®o¹n b¨ng ®ôc lç theo hÖ m· BCD, chuÈn ISO. B¨ng gåm 8 r·nh (Track) chøa th«ng tin (®¸nh sè tõ 1-8) ch¹y däc suèt chiÒu dµi cña b¨ng vµ 1 hµng lç (nhá) ¨n khíp víi r¨ng cña c¬ cÊu dÞch chuyÓn. Mçi hµng (vu«ng gãc víi ph−¬ng chuyÓn ®éng) biÓu diÔn 1 ký tù. VÞ trÝ cã lç biÓu thÞ gi¸ trÞ 1, vÞ trÝ kh«ng cã lç - gi¸ trÞ 0. Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 9
Quy t¾c kÕt hîp c¸c bit ®−îc gäi lµ hÖ m· (Code System). Ta lÊy 2 hÖ m· th«ng dông ®Ó lµm vÝ dô vÒ c¸ch m· ho¸ th«ng tin. §ã lµ hÖ EIA cña HiÖp héi c«ng nghiÖp ®iÖn tö Mü vµ hÖ ISO cña tæ chøc tiªu chuÈn thÕ giíi. Quy −íc vÒ c¸c r·nh theo c¸c hÖ m· nh− sau: HÖ EIA: - r·nh 1-4 biÓu diÔn c¸c ch÷ sè 1-9 theo m· nhÞ ph©n; - r·nh 5 chøa m· kiÓm tra; - r·nh 6 sè 0; - r·nh 6 vµ 7 kÕt hîp víi c¸c r·nh 1-4 biÓu diÔn c¸c ch÷ c¸i vµ ký hiÖu; - r·nh 8 kÕt thóc dßng lÖnh. HÖ ISO (DIN 66024): - r·nh 1-4 kÕt hîp víi r·nh 5, 6 biÓu diÔn c¸c ch÷ sè 0-9; - r·nh 1-5 kÕt hîp víi r·nh 7 biÓu diÔn c¸c ch÷ c¸i A-Z; - r·nh 8 chøa m· kiÓm tra; - r·nh 1-4 kÕt hîp víi r·nh 6 biÓu diÔn c¸c ký hiÖu. M· kiÓm tra (Parity Check) dïng ®Ó kiÓm tra lçi. HÖ EIA ®ßi hái sè lç trªn mçi hµng ph¶i lÎ. NÕu sè lç mang th«ng tin lµ sè ch½n th× m¸y ®ôc lç ph¶i tù ®éng ®ôc thªm lç vµo r·nh 5 ®Ó t¹o thµnh sè lç lÎ. Khi ®äc th«ng tin ®Ó gia c«ng, nÕu gÆp hµng cã sè lç ch½n th× bé ®iÒu khiÓn (NC) coi ®ã lµ lçi. HÖ ISO yªu cÇu sè ch½n vµ m· kiÓm tra ë r·nh 8. H×nh 1. 10: BiÓu diÔn th«ng tin trªn b¨ng ®ôc lç 8 r·nh nhê BCD code H×nh 1.11 cho tãm t¾t vÒ quy −íc biÓu diÔn th«ng tin theo hÖ m· EIA vµ hÖ m· ISO. Theo hÖ m· ISO th× ®o¹n b¨ng trªn h×nh 1.10 biÓu thÞ lÖnh G01 X25Y4. Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 10
H×nh 1. 11: Quy −íc vÒ biÓu diÔn th«ng tin theo hÖ m· EIA vµ hÖ m· ISO Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 11
Cµng ngµy m¸y tÝnh trªn m¸y NC cµng gÇn víi m¸y tÝnh th«ng dông. V× vËy mäi ph−¬ng tiÖn l−u tr÷ vµ truyÒn th«ng cña m¸y NC còng ®−îc dïng chung víi c¸c lo¹i m¸y tÝnh kh¸c. Ngoµi hÖ m· BCD ®· nãi ë trªn, m· ASCII (Ameriacan Standard Code for Information Interchange), mét hÖ m· dïng chung cho m¸y tÝnh, ®ang dÇn dÇn ®−îc dïng phæ biÕn cho c¸c bé ®iÒu khiÓn c«ng nghiÖp trªn nÒn m¸y tÝnh sè, trong ®ã cã m¸y NC. Trªn mµn h×nh cña c¸c bé ®iÒu khiÓn (CNC) ra ®êi trong kho¶ng thËp niªn gÇn ®©y, ch−¬ng tr×nh NC ®−îc hiÓn thÞ nh− file v¨n b¶n (text file), ng−êi dïng cã thÓ söa ch÷a, l−u tr÷, sao chÐp. HÇu hÕt c¸c bé CNC hiÖn ®¹i cã thÓ ®äc trùc tiÕp hoÆc chuyÓn ®æi (Import, Export) c¸c ch−¬ng tr×nh NC ®−îc so¹n th¶o bëi c¸c bé so¹n th¶o v¨n b¶n (Text Editor) th«ng dông. Trªn thùc tÕ, ng−êi vËn hµnh c¸c m¸y CNC hiÖn ®¹i kh«ng ph¶i bËn t©m ®Õn hÖ m· nµo ®ang ®−îc sö dông. ViÖc so¹n th¶o, söa ch÷a vµ xö lý c¸c ch−¬ng tr×nh NC ®−îc thùc hiÖn nh− c¸c file v¨n b¶n th«ng th−êng. H×nh 1. 12: S¬ ®å cÊu tróc cña m¸y CNC Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 12
Bé ®iÒu khiÓn (Machine Control Unit - MCU) vµ m¸y c«ng cô lµ 2 bé phËn cÊu thµnh chÝnh cña m¸y NC (h×nh 1.12). MCU thùc hiÖn mäi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn, cung cÊp tÝn hiÖu cho c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh trªn m¸y c«ng cô. VÒ phÇn m×nh, MCU cã 2 modul: bé xö lý d÷ liÖu (Data Processing Unit - DPU) vµ c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn (Control Loops Unit - CLU). DPU cã nhiÖm vô ®äc vµ gi¶i m· ch−¬ng tr×nh, tÝnh to¸n l−îng vµ tèc ®é dÞch chuyÓn cña c¸c trôc ch¹y dao (néi suy) vµ cung cÊp sè liÖu cho CLU. Sè liÖu ®ã gåm to¹ ®é ®iÓm cÇn tíi, chiÒu vµ vËn tèc chuyÓn ®éng cña mçi trôc ch¹y dao; c¸c th«ng tin phô trî (chiÒu quay trôc chÝnh, dung dÞch b«i tr¬n,...). CLU cÊp tÝn hiÖu chuyÓn ®éng cho c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh vµ nhËn tÝn hiÖu ph¶n håi vÒ vÞ trÝ vµ vËn tèc cña c¬ cÊu c«ng t¸c. Nh− vËy, chØ khi nµo CLU x¸c nhËn lÖnh tr−íc ®· hoµn thµnh th× DPU míi cung cÊp th«ng tin tiÕp theo. 1.3.2. NC vµ CNC Cã thÓ quan niÖm mét c¸ch ®¬n gi¶n r»ng m¸y CNC lµ m¸y NC ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh, hay nãi c¸ch kh¸c, trªn m¸y CNC, m¸y tÝnh gi÷ vai trß bé ®iÒu khiÓn. Tõ ®ã cã c«ng thøc: CNC = Computer + NC. Quan niÖm ®ã kh«ng sai, nh−ng ch−a ®ñ thÓ hiÖn sù tiÕn bé chÊt cña CNC so víi NC. ViÖc sö dông m¸y tÝnh sè lµm bé ®iÒu khiÓn lµm thay ®æi c¨n b¶n cÊu tróc vµ tÝnh n¨ng cña toµn hÖ thèng. VÒ cÊu tróc, qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ tõ NC sang CNC tr−íc hÕt lµ qu¸ tr×nh chuyÓn dÇn c¸c chøc n¨ng tõ phÇn cøng sang phÇn mÒm. §iÒu khiÓn NC th−êng ®−îc gäi lµ ®iÒu khiÓn nèi cøng (Hard-Wired Control), nghÜa lµ c¸c chøc n¨ng ®Òu ®−îc thùc hiÖn bëi phÇn cøng. Cho ®Õn cuèi thËp kû 196x, khi minicomputer xuÊt hiÖn (vµo n¨m 1969) th× mét sè chøc n¨ng ®−îc chuyÓn tõ phÇn cøng sang phÇn mÒm. Tuy nhiªn, vµo thêi ®ã, minicomputer cßn ®¾t so víi gi¸ cña m¸y c«ng cô. Cho ®Õn cuèi thËp kû 197x vµ thËp kû 198x, microcomputer míi ®−îc øng dông réng r·i trong NC nhê tÝnh n¨ng tèt mµ kÝch th−íc nhá gän vµ rÎ tiÒn. C¸c bé CNC dùa trªn microcomputer ®−îc øng dông réng r·i trong c«ng nghiÖp cho ®Õn b©y giê. Vai trß cña phÇn mÒm trong CNC ngµy cµng chiÕm −u thÕ vµ ngµy nay CNC ®−îc quan niÖm lµ ®iÒu khiÓn nèi mÒm (Soft-Wired Control), trong ®ã c¸c qu¸ tr×nh thu nhËn, xö lý vµ truyÒn d÷ liÖu (tõ ®iÒu khiÓn vµo/ra, néi suy, qu¶n trÞ d÷ liÖu, t¹o lÖnh ®iÒu khiÓn, gi¸m s¸t hÖ thèng,...) ®Òu do m¸y tÝnh víi phÇn mÒm thÝch hîp thùc hiÖn. VÝ dô, bé NC ®−îc chÕ t¹o n¨m 1968 chøa 400 b¶ng m¹ch gåm, trong khi c¸c bé CNC hiÖn ®¹i víi cïng chøc n¨ng chØ cã 1 b¶ng m¹ch. H×nh 1.13 minh ho¹ sù chuyÓn c¸c chøc n¨ng ®iÒu khiÓn tõ phÇn cøng sang phÇn mÒm. VÒ c¬ b¶n, trªn c¸c m¸y NC, c¶ DPU vµ CLU ®Òu cã cÊu tróc phÇn cøng. Trªn m¸y CNC, chøc n¨ng DPU do m¸y tÝnh ®¶m nhiÖm, cßn CLU vÉn gi÷ cÊu tróc phÇn cøng. Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 13
H×nh 1. 13: Sù chuyÓn c¸c chøc n¨ng ®iÒu khiÓn tõ phÇn cøng sang phÇn mÒm - TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sö dông trong c¸c hÖ ®iÒu khiÓn nèi cøng lµ xung ®iÖn ¸p. Mçi xung ®iÖn ¸p t¹o nªn dÞch chuyÓn b»ng 1 ®¬n vÞ chiÒu dµi c¬ së (Base Length Unit - BLU) cña trôc ®−îc ®iÒu khiÓn. Sè l−îng c¸c xung ®Æt lªn trôc x¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch cÇn dÞch chuyÓn, tÇn cÊp sè xung x¸c ®Þnh vËn tèc dÞch chuyÓn. Ng−îc l¹i, tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn trong hÖ CNC cã d¹ng sè nhÞ ph©n. Mçi tõ (word) chøa sè bit nhÊt ®Þnh (th−êng lµ 8, 16 hoÆc 32 bit tuú theo bé vi xö lý). Mçi bit d÷ liÖu t¹o ra dÞch chuyÓn b»ng 1 BLU cho trôc ®iÒu khiÓn. Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 14
VÒ tÝnh n¨ng, CNC cã nhiÒu −u viÖt nhê viÖc sö dông m¸y tÝnh sè víi phÇn mÒm tÝch hîp trong ®iÒu khiÓn. H×nh 1.14 cho thÊy sù kh¸c nhau gi÷a NC vµ CNC. H×nh 1. 14: So s¸nh tÝnh n¨ng cña NC vµ CNC - M¸y tÝnh CNC cã ®Çy ®ñ c¸c d¹ng phÇn mÒm c¬ b¶n(*): hÖ ®iÒu hµnh, c¸c phÇn mÒm hÖ thèng vµ phÇn mÒm øng dông. V× vËy, CNC thùc hiÖn ®−îc ®ñ c¸c chøc n¨ng cña m¸y tÝnh: qu¶n lý vµ ®iÒu hµnh file, qu¶n lý bé nhí, ®iÒu khiÓn mµn h×nh, bµn phÝm, m¹ng truyÒn thong, so¹n th¶o ch−¬ng tr×nh, m« pháng ®å ho¹, truyÒn th«ng,...). C¸c bé CNC trªn nÒn PC (PC Based CNC) dïng c¸c hÖ ®iÒu hµnh th«ng dông, nh− Windows, Unix, t¹o cho ng−êi dïng m«i tr−êng lµm viÖc thuËn lîi vµ quen thuéc. (*) C¸c lo¹i phÇn mÒm cã hÖ ®iÒu hµnh (Operating System - OS), thùc hiÖn chøc n¨ng giao diÖn ng−êi dïng, qu¶n trÞ bé nhí, qu¶n trÞ file,...; phÇn mÒm hÖ thèng (System Software) - qu¶n trÞ, phèi hîp ®ång bé vµ ®iÒu khiÓn toµn bé phÇn cøng cña hÖ thèng, nh− truyÒn d÷ liÖu, ghi file vµo bé nhí, hiÓn thÞ th«ng tin lªn mµn h×nh,... vµ phÇn mÒm øng dông (Application Software) - thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng chuyªn biÖt, nh− so¹n th¶o ch−¬ng tr×nh, m« pháng ®å ho¹, thu nhËn tÝn hiÖu, ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu,... Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 15
- Giao diÖn ng−êi dïng cña m¸y CNC hÊp dÉn vµ tiÖn lîi: mµn h×nh ®å ho¹ mµu ®Ó trî gióp lËp tr×nh vµ m« pháng kiÓm tra ch−¬ng tr×nh, th«ng b¸o tr¹ng th¸i vµ c¶nh b¸o lçi, h−íng dÉn vËn hµnh,...) - M¸y tÝnh t¹o nªn tÝnh linh ho¹t, dÔ biÕn ®æi vµ n©ng cÊp bé ®iÒu khiÓn. ChØ b»ng c¸ch thay ®æi phÇn mÒm, cã thÓ t¹o ra c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¸c nhau mµ kh«ng ph¶i hoÆc ph¶i thay ®æi rÊt Ýt vÒ phÇn cøng. VÝ dô, chØ cÇn cµi l¹i phÇn mÒm, ng−êi dïng cã thÓ nhËn ®−îc hÖ ®iÒu khiÓn Fanuc, Siemens, Heidenhian,... trªn cïng mét hÖ thèng m¸y tÝnh vµ phÇn cøng. Th«ng qua phÇn mÒm cã thÓ quy ®Þnh cÊu h×nh cña m¸y: sè trôc ®iÒu khiÓn, ®Þnh giíi h¹n vïng lµm viÖc (Software Limit Switch), chiÒu vµ tèc ®é chuyÓn ®éng, thªm bít c¸c thiÕt bÞ phô trî,...). C¸c bé CNC hiÖn ®¹i th−êng ®−îc thiÕt kÕ víi cÊu h×nh chuÈn. CÊu h×nh cô thÓ ®−îc khai b¸o theo phÇn cøng cña m¸y c«ng cô. - Kh¶ n¨ng b¶o mËt hÖ thèng ®−îc t¨ng c−êng. PhÇn mÒm kh«ng chØ gióp nhµ s¶n xuÊt gi÷ ®−îc b¶n quyÒn vµ bÝ quyÕt c«ng nghÖ (Know-how) mµ cßn cho phÐp ng−êi dïng b¶o vÖ c¸c khai b¸o cÊu h×nh hÖ thèng, ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn; ng¨n chÆn sù truy cËp, sao chÐp, söa ®æi tr¸i phÐp v« t×nh hay cè ý. PhÇn mÒm còng cho phÐp sao l−u (Back-up) hÖ thèng vµ ch−¬ng tr×nh ®Ó khi cÇn th× kh«i phôc l¹i (Restore). Do gi÷ vai trß ngµy cµng quan träng nªn gi¸ trÞ cña phÇn mÒm ngµy cµng t¨ng so víi phÇn cøng (h×nh 1.15). §Çu tiªn, c¸c bé ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n víi c¸c CPU chuyªn dïng ®−îc t¹o ra. Sau ®ã, chóng ®−îc thay b»ng c¸c CPU th«ng dông víi phÇn mÒm chuyªn dïng. Ngµy nay nhiÒu bé ®iÒu khiÓn ®−îc t¹o ra hoµn toµn nhê phÇn mÒm ch¹y trªn PC (PC based CNC) víi hÖ ®iÒu hµnh th«ng dông (Windows hoÆc Unix). Tõ thËp kû 198x, c¸c bé NC dùa trªn phÇn cøng kh«ng ®−îc s¶n xuÊt vµ hiÖn nay, NC mÆc nhiªn ®−îc hiÓu lµ CNC. H×nh 1. 15: Gi¸ trÞ phÇn mÒm ngµy cµng t¨ng so víi phÇn cøng Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 16
B¶ng sau cho phÐp so s¸nh mét c¸ch tãm t¾t c¸c ®Æc ®iÓm cña NC vµ CNC. So s¸nh NC vµ CNC §Æc tÝnh so s¸nh §iÒu khiÓn NC §iÒu khiÓn CNC Thêi gian xuÊt hiÖn 1954 - ®Çu thËp kû 197x Kho¶ng 1970 - nay Thùc hiÖn c¸c chøc M¹ch phÇn cøng ®iÖn tö M¸y tÝnh víi c¸c ch−¬ng tr×nh ®iÒu n¨ng ®iÒu khiÓn khiÓn m¸y c«ng cô D¹ng tÝn hiÖu ®iÒu Xung ®iÖn ¸p. Mçi xung TÝn hiÖu sè (bit). Mçi bit t¹o dÞch khiÓn t¹o dÞch chuyÓn 1 BLU chuyÓn 1 BLU NhËp ch−¬ng tr×nh Tõ b¨ng, b×a ®ôc lç, nhê Dïng mäi thiÕt bÞ l−u tr÷ th«ng thiÕt bÞ ®äc. §äc vµ thùc dông (bµn phÝm, bé nhí trong, bé hiÖn theo tõng block. nhí ngoµi, c¸c giao diÖn truyÒn th«ng, m¹ng côc bé, Internet,...) §äc 1 lÇn nhiÒu block, ghi vµo bé nhí ®Öm vµ sö dông dÇn. Kh¶ n¨ng Giíi h¹n c¸c chøc n¨ng c¬ Bao gåm c¸c chøc n¨ng c¬ b¶n b¶n: néi suy, nhËn ®Þnh nh− NC vµ më réng: thªm d¹ng d¹ng b¨ng tõ, vÞ trÝ tuyÖt néi suy (parabol, xo¾n èc), so¹n ®èi vµ t−¬ng ®èi, nhËn m· th¶o, truyÒn th«ng, bé nhí, hiÓn ký tù thÞ, giao tiÕp vµo/ra, CÊu tróc phÇn cøng Phøc t¹p, bëi v× c¸c chøc §¬n gi¶n h¬n v× nhiÒu chøc n¨ng ®iÒu khiÓn n¨ng ®iÒu khiÓn ®−îc thùc ®iÒu khiÓn ®−îc thùc hiÖn bëi phÇn hiÖn bëi c¸c m¹ch ®iÖn tö mÒm Bé nhí (l−u tr÷) Kh«ng cã bé nhí trong Cã bé nhí trong. Sö dông c¸c thiÕt ch−¬ng tr×nh bÞ l−u tr÷ th«ng dông (b¨ng tõ, ®Üa tõ, USB flash drive,...) 1.3.4. Trung t©m gia c«ng CNC Trung t©m gia c«ng (Machining Center) CNC kh¸c m¸y CNC th«ng th−êng ë chç, cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn nhiÒu nguyªn c«ng c«ng nghÖ kh¸c nhau, nh− tiÖn, phay, doa, gia c«ng ren, mµi,... mµ b×nh th−êng ph¶i dïng mét sè m¸y CNC th«ng th−êng. Do yªu cÇu vÒ tËp trung nguyªn c«ng mµ c¸c trung t©m gia c«ng (TTGC) cã nh÷ng ®Æc ®iÓm kÕt cÊu sau: - Cã nhiÒu trôc ®iÒu khiÓn (4 ®Õn 5 trôc hoÆc h¬n); - Cã hÖ thèng thay dao tù ®éng; - Cã c¬ cÊu cÊp ph«i, kÑp ph«i tù ®éng. - Cã kh¶ n¨ng giao tiÕp víi c¸c thiÕt bÞ s¶n xuÊt kh¸c, nh− robot, b¨ng t¶i,... Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 17