Giáo trình Công nghệ Cad/Cam: Chương 7 - GV. Nguyễn Thế Tranh

C7 CAD-CAM> CNC<br /> <br /> 1<br /> <br /> GVC NGUYỄN THẾ TRANH<br /> <br /> CHƯƠNG 7<br /> <br /> ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN SỐ<br /> 7.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ 7.1.1. Khái niệm điều khiển số (NC).<br /> <br /> Điều khiển số (Numerical Control - NC) là hoạt động điều khiển trực tiếp một hệ thống bởi dữ liệu số. Điều khiển số trong gia công cắt gọt là một hình thức tự động hoá bằng lập trình, trong đó máy công cụ được điều khiển bởi chương trình bao gồm các chỉ thị được mã hoá dưới dạng ký tự chữ, số và các ký tự đặc biệt khác, trong đó chỉ thị điều khiển được chuyển đổi thành hai dạng tín hiệu: - Tín hiệu xung điện: điều khiển tốc độ các động cơ truyền động tạo nên chuyển động tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công. - Tín hiệu đóng / ngắt (ON/OFF): thực hiện chức năng chuyển mạch, đổi chiều quay trục chính; điều khiển các thiết bị phụ trợ như bôi trơn làm nguội, chọn và thay dao; và các chức năng khác như dừng máy, kẹp phôi, nhả phôi,... Theo phương thức truyền thông dữ liệu điều khiển, ta phân biệt 3 phương thức điều khiển số: 1. Điều khiển số trực tiếp (Direct Numerical Control - DNC) Điều khiển trực tiếp máy công cụ điều khiển số (máy NC) từ bên ngoài bởi máy tính thực hiện chức năng lập trình, truyền chương trình, điều khiển quá trình gia công. Đây là những hệ điều khiển dạng mạch cố định (hard-wirred), trong đó tất cả các chức năng như nội suy, đọc băng, đọc chỉ thị, định vị được thực hiện bởi các mạch điện tử.<br /> <br /> Hình 7.1- Điều khiển số trực tiếp<br /> <br /> C7 CAD-CAM> CNC<br /> <br /> 2<br /> <br /> GVC NGUYỄN THẾ TRANH<br /> <br /> 2. Điều khiển số bằng máy tính (Computer Numerical Control - CNC) Nhờ ứng dụng các thành tựu của công nghệ vi điện tử, vi xử lý trong thiết lập trực tiếp máy tính trên hệ điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) để điều khiển máy NC ngày nay hình thành nên phương thức điều khiển và thế hệ máy điều khiển số bằng máy tính (máy CNC). Do đó, CNC là hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp trên hệ điều khiển máy và được điều khiển bởi các chỉ thị lưu trữ trên bộ nhớ máy tính để thực hiện một phần hoặc toàn bộ các chức năng điều khiển số. Các hệ điều khiển CNC có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển bởi phần mềm (soft-wired), do đó làm đơn giản mạch điều khiển CNC, giảm giá thành, tăng độ tin cậy đồng thời có khả năng điều khiển linh hoạt và thông minh, có khả năng hiệu chỉnh nhanh chóng và tiện ích, có khả năng lưu trữ dữ liệu gia công ngay trên máy. 3. Điều khiển số phân phối (Distributive Numerical Control) Nhờ khả năng thực hiện và lưu trữ đồng thời nhiều chương trính trên bộ nhớ cho phép vận hành máy CNC không phụ thuộc vào máy tính chủ nên có thể giải phóng máy tính chủ để thực hiện nhiệm vụ khác của hệ thống. Với sự phát triển của khoa học máy tính, kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình (Programmable Logic Control - PLC), kỹ thuật truyền thông, phương thức điều khiển số phân phối ra đời trong đó mạng máy tính được sử dụng để phối hợp hoạt động của nhiều máy CNC. Ngoài chức năng truyền chương trình tới các máy CNC, phương thức này còn có khả năng giám sát và điều khiểntoàn bộ hệ thống, như hiển thị thông tin về trạng thái làm việc của hệ thống, xuất thông tin hay chỉ thị điều khiển, điều hành,...<br /> <br /> Hình 7.2- Điều khiển số phân phối<br /> <br /> C7 CAD-CAM> CNC<br /> <br /> 3<br /> <br /> GVC NGUYỄN THẾ TRANH<br /> <br /> 7.1.2. Điều khiển số bằng máy tính (CNC). 1. Cấu trúc hệ thống CNC. Hệ thống CNC bao gồm 6 thành phần chính: - Chương trình gia công (Part program) - Thiết bị đọc chương trình (Program input device) - Hệ điều khiển máy (MCU) - Hệ thống truyền động (Drive system) - Máy công cụ (Machine tool) - Hệ thống phản hồi (Feedback system)<br /> <br /> Hình 7.3- Cấu trúc hệ thống CNC<br /> <br /> Chương trình gia công bao gồm các chỉ thị được mã hoá để điều khiển quá trình gia công chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi các chỉ thị này thành tín hiệu điện kích hoạt các chức năng hoạt động của máy. Hệ điều khiển máy thực hiện chức năng đọc và biên dịch mã lệnh và sau đó xuất các tín hiệu điện tương ứng truyền tới bộ khuếch đại servo để điều hành có cấu servo (động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực) của hệ thống truyền động. Thiết bị phản hồi như các cảm biến vị trí, chiều, tốc độ dịch chuyển và phản hồi các tín hiệu này về hệ điều khiển máy. Hệ điều khiển máy so sánh các tín hiệu này với tín hiệu tham chiếu cho trước bởi các mã lệnh điều khiển và xuất các tín hiệu điều chỉnh (sai lệch) tới bộ khuếch đại servo cho tới khi đạt đại lượng yêu cầu. Hệ MCU gồm hai phần: hệ xử lý dữ liệu (Data Processing Unit - DPU) và mạch điều khiển (Control Loop Unit - CLU) • DPU thực hiện các chức năng: - Đọc mã lệnh từ thiết bị nhập - Xử lý mã lệnh hay giải mã. - Truyền dữ liệu vị trí, tốc độ và các chức năng phụ trợ tới CLU.<br /> <br /> C7 CAD-CAM> CNC<br /> <br /> 4<br /> <br /> GVC NGUYỄN THẾ TRANH<br /> <br /> • CLU thực hiện các chức năng: - Nội suy chuyển động trên cơ sở các tín hiệu nhận từ DPU và xuất các tín hiệu điều khiển. - Truyền tín hiệu điều khiển tới mạch khuếch đại của hệ truyền động. - Nhận tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc độ. - Điều khiển các thiết bị phụ trợ. Hệ thống truyền động thông thường bao gồm bộ khuếch đại servo, cơ cấu servo, bộ truyền đai răng, đai ốc-vít me bi và bàn trượt. Hệ thống này quyết định độ chính xác, công suất của máy. 2. Khả năng của CNC. CNC có nhiều chức năng xử lý và điều khiển linh hoạt hơn NC: a. Hiển thị chương trình và mô phỏng bằng đồ hoạ quá trình gia công. b. Nhập dữ liệu c. Lưu trữ chương trình: ROM lưu trữ chương trình hệ thống, RAM lưu trữ chương trình gia công. d. Biên tập chương trình. e. Kiểm tra chương trình: nhờ chức năng mô phỏng. f. Chẩn đoán lỗi. g. Tiện ích giao tiếp. h. Quản lý dữ liệu. i. Hệ toạ độ và hệ đơn vị. j. Định dạng mã điều khiển: EIA và ASCII. k. Khả năng tính toán. l. Bù trừ đường kính và chiều dài dao. m. Nội suy hình học. n. Chức năng lập trình: thực hiện được các phép biến đổi toạ độ. o. Khả năng hậu xử lý. 3. Ưu điểm của CNC. Ngày nay công nghệ CNC đã tạo nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật chế tạo nhờ các ưu điểm chính sau đây: a. Nâng cao năng suất. b. Độ chính xác và độ chính xác lặp lại cao. c. Hạ giá thành sản xuất. d. Giảm giá thành điều hành gián tiếp. 7.2. CHUYỂN ĐỘNG NỘI SUY.<br /> <br /> Chức năng của hệ thống CNC hay cụ thể hơn là máy công cụ CNC là di chuyển dụng cụ hoặc bàn máy để thực hiện qui trình gia công theo chương trình. 7.2.1. Phương thức di chuyển dụng cụ. Có 2 phương thức di chuyển dao trong điều khiển số: - Di chuyển điểm tới điểm (Point-To-Point - PTP) - Di chuyển theo biên dạng (Contour).<br /> <br /> C7 CAD-CAM> CNC<br /> <br /> 5<br /> <br /> GVC NGUYỄN THẾ TRANH<br /> <br /> 1. Di chuyển theo PTP: Theo phương thức di chuyển PTP dao di chuyển theo các hành trình thẳng đến vị trí yêu cầu, thường dùng dể di chuyển nhanh hay định vị. Có 3 chế độ di chuyển: * Di chuyển hướng trục (Axial path). * Di chuyển theo phương xiên 450. * Di chuyển trực tiếp. 2. Di chuyển theo Contour. Theo phương thức này, dao di chuyển theo biên dạng yêu cầu để thực hiện qui trình công nghệ gia công. Về hình học, biên dạng bao gồm chuỗi các đường thẳng, đường cong, cung tròn, êlip, parabol, hypebôn, đường cong bậc ba và các đường cong bậc cao. Để đơn giản việc tính toán các điểm trên quĩ đạo di chuyển dao, các đường cong bậc cao được tuyến tính hoá, tức là các đường cong bậc cao được xấp xỉ bởi chuỗi đoạn thẳng. Với giả thiết này, quĩ đạo di chuyển dao tổng quát được xấp xỉ bởi chuỗi phần tử hình học cơ bản thuộc 3 nhóm: * Đường cong bậc nhất (đoạn thẳng). * Đường cong bậc hai (cung tròn, êlip, paraboon, hyperboon). * Đường cong bậc ba. Trong điều khiển số, các di chuyển cơ bản này được gọi là chuyển động nội suy (interpolated motion). Di chuyển theo biên dạng đòi hỏi hệ điều khiển phải có khả năng điều khiển phối hợp các động cơ truyền động, như vậy mỗi trục truyền động yêu cầu có mạch điều khiển định vị và mạch điều khiển tốc độ riêng biệt.<br /> Hình 7.7 - Điều khiển 5 trục<br /> <br /> Hình 7.4- Các chế độ dịch chuyển trong chuyển động PTP<br /> <br /> Hình 7.5 - Điều khiển 2,5 trục<br /> <br /> Hình 7.6 - Điều khiển 3 trục<br /> <br />