intTypePromotion=3

Giáo trình Máy điều khiển số và Robot công nghiệp

Chia sẻ: Nguyễn Thị Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:176

0
368
lượt xem
182
download

Giáo trình Máy điều khiển số và Robot công nghiệp

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Máy điều khiển số và Robot công nghiệp gồm 9 chương với mục đích là cung cấp những hiểu biết chung nhất về máy điều khiển số, hệ thống điều khiển số và các kỹ năng lập trình gia công cơ bản cũng như vận hành máy CNC phục vụ cho môn học "Máy điều khiển số và rô bốt công nghiệp".

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy điều khiển số và Robot công nghiệp

  1. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................5 Chƣơng 1 MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ ..............................................................................7 1.1. Sự ra đời và phát triển của máy điều khiển số ..................................................7 1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển máy điều khiển số .............................................7 1.1.2. Các tính năng kỹ thuật của máy điều khiển số ...........................................10 1.1.3. Hiệu quả sử dụng máy CNC .......................................................................12 1.2. Cấu trúc chung của máy NC ............................................................................17 1.2.1. Sơ đồ động học của xích chạy dao ............................................................. 17 1.2.2. Cấu trúc chung của máy tiện NC ................................................................ 21 1.2.3. Cấu trúc chung của máy phay NC .............................................................. 21 1.3. Các hệ thống cơ khí của máy CNC ..................................................................22 1.3.1. Dẫn động chạy dao .....................................................................................22 1.3.2. Dẫn động trục chính ....................................................................................38 1.3.3. Đường hướng của máy CNC ......................................................................39 1.3.4. Hệ thống thay dao tự động ..........................................................................43 1.3.5. Dao cắt trên máy CNC ................................................................................46 1.3.6. Đồ gá trên máy CNC ..................................................................................51 Chƣơng 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ ................................................................ 52 2.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển số ............................................................... 52 2.1.1. Điều khiển số trực tiếp và điều khiển số phân phối (DNC) ....................... 53 2.1.2. Điều khiển số có máy tính (CNC) .............................................................. 55 2.2. Phân loại điều khiển số .....................................................................................56 2.2.1. Điều khiển điểm PTP ..................................................................................56 2.2.2. Điều khiển đường liên tục...........................................................................58 2.2.3. Các hệ thống điều khiển theo số trục được điểu khiển đồng thời ..............59 2.2.4. Điều khiển NC và CNC ..............................................................................61 2.2.5. Điều khiển hở và điều khiển kín .................................................................63 2.2.6. Điều khiển thích nghi ..................................................................................64 2.3. Phần cứng của hệ thống điều khiển số ............................................................ 65 2.3.1. Cụm điều khiển máy MCU .........................................................................66 2.3.2. Bộ vi xử lý CPU.......................................................................................... 67 2.3.3. Bộ nhớ ROM và RAM ................................................................................68 2.3.4. Các thành phần giao tiếp khác ....................................................................68 2.3.5. Bộ điều khiển máy khả trình PMC ............................................................. 70 2.4. Các phần mềm của CNC ...................................................................................71 2.4.1. Hệ điều hành (phần mềm hệ thống) ............................................................ 72 2.4.2. Phần mềm giao tiếp máy.............................................................................72 1
  2. 2.4.3. Phần mềm ứng dụng ...................................................................................74 2.4.4. Chương trình nội suy ..................................................................................74 2.5. Hệ thống phản hồi (feedback) ..........................................................................80 2.5.1. Các kiểu hệ thống phản hồi ........................................................................80 2.5.2. Hệ thống phản hồi kiểu số - tương đối. ...................................................... 82 2.5.3. Hệ thống phản hồi kiểu số - tuyệt đối ......................................................... 85 2.5.4. Hệ thống phản hồi tương tự (analog) .......................................................... 86 Chƣơng 3 CƠ SỞ LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHO MÁY CNC .............................. 89 3.1. Các trục toạ độ và chiều chuyển động ............................................................. 89 3.1.1. Hệ thống các toạ độ ....................................................................................89 3.1.2. Quy định các toạ độ trên máy .....................................................................89 3.1.3. Các điểm gốc (ZERO) và các điểm chuẩn (tham khảo) ............................. 91 3.2. Mã hoá thông tin ............................................................................................... 95 3.2.1. Hệ thống số và cách biểu diễn đại lượng trong điều khiển số ....................95 3.2.2. Cấu trúc của chương trình gia công ............................................................ 97 3.2.3. Dữ liệu của chương trình ..........................................................................103 3.3. Các bước lập trình NC ....................................................................................103 3.3.1. Nghiên cứu bản vẽ chi tiết ........................................................................104 3.3.2. Phân tích chi tiết thành các khối hình học ................................................104 3.3.3. Ghi kích thước cho chi tiết........................................................................105 3.4. Các hình thức bảo đảm chương trình ............................................................108 3.4.1. Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC ..............................................108 3.4.2. Lập trình trên mạng DNC .........................................................................108 3.4.3. Lập trình bằng tay tại phòng chuẩn bị chương trình.................................109 3.4.4. Lập trình với sự hỗ trợ của máy tính ........................................................109 3.5. Ngôn ngữ lập trình ..........................................................................................110 3.5.1. Ngôn ngữ lập trình ISO (ngôn ngữ máy)..................................................110 3.5.2. Ngôn ngữ giao thoại .................................................................................110 3.5.3. Ngôn ngữ lập trình tự động APT ..............................................................111 3.5.4. Lập trình bằng các phần mềm CAD/CAM ...............................................114 Chƣơng 4 LẬP TRÌNH CƠ BẢN CHO MÁY PHAY CNC ..................................116 4.1. Các mã lệnh chủ yếu của máy phay ...............................................................116 4.1.1. Chức năng chuẩn bị (G) ............................................................................116 4.1.2. Các lệnh bù dao và bù hệ toạ độ. ..............................................................116 4.1.3. Các chu kỳ ................................................................................................116 4.1.4. Chức năng bổ trợ hay chức năng phụ M-code (M). .................................116 4.2. Các mã lệnh cơ bản .........................................................................................117 4.2.1. Chạy dao nhanh, G0 hoặc G00 .................................................................117 4.2.2. Gia công đường thẳng G01 .......................................................................118 2
  3. 4.2.3. Gia công cung tròn, đường tròn G02 và G03 ...........................................121 4.2.4. Chọn mặt phẳng toạ độ, G17, G18, G19 ..................................................124 4.2.5. Hệ toạ độ tuyệt đối, tương đối, G90 và G91.............................................124 4.2.6. Đơn vị đo G70 hoặc G71 ..........................................................................125 4.2.7. Xác lập điểm 0 của chi tiết, G92...............................................................125 4.2.8. Trở về điểm tham chiếu G28, G29, G30. .................................................125 4.2.9. Lựa chọn và thay thế dao cắt ....................................................................126 4.2.10. Đơn vị tốc độ chạy dao G94 và G95 ......................................................127 4.2.11. Số vòng quay trục chính S ......................................................................127 4.2.12. Lập trình t lệ, đối xứng G51 .................................................................128 4.2.13. Quay hệ tọa độ G68 ................................................................................128 Chƣơng 5 LẬP TRÌNH CƠ BẢN CHO MÁY TIỆN CNC ...................................133 5.1. Các nhóm mã lệnh chủ yếu của máy tiện ......................................................133 5.1.1. Các mã lệnh chuẩn bị (mã G) ...................................................................133 5.1.2. Các mã lệnh M ..........................................................................................134 5.2. Các mã lệnh cơ bản .........................................................................................135 5.2.1. Chức năng dao T .......................................................................................135 5.2.2. Chức năng vận tốc chạy dao F ..................................................................135 5.2.3. Chức năng tốc độ trục chính S ..................................................................136 5.2.4. Xác lập hệ toạ độ làm việc ........................................................................137 5.2.5. Lập trình theo đường kính và bán kính.....................................................138 5.2.6. Lập trình tuyệt đối và lập trình tương đối .................................................139 5.2.7. Các mã lệnh chuyển động của dao ...........................................................140 5.2.8. Lùi về điểm tham khảo G28 và G30 .........................................................145 5.2.10. Gia công ren G32 ....................................................................................146 5.2.11. Cắt ren có bước thay đổi G34 .................................................................149 Chƣơng 6 RÔ-BỐT CÔNG NGHIỆP......................................................................150 6.1. Sơ lược quá trình phát triển của rô-bốt công nghiệp ....................................150 6.2. Cấu trúc cơ bản của rô-bốt công nghiệp ........................................................150 6.3. Kết cấu của tay máy ........................................................................................151 6.4. Hệ tọa độ ..........................................................................................................153 6.5. Trường công tác của rô-bốt ............................................................................154 6.6. Phân loại rô-bốt công nghiệp .........................................................................155 6.6.1. Phân loại theo ứng dụng ...........................................................................155 6.6.2. Phân loại theo phương pháp điều khiển....................................................155 6.7. Ứng dụng của rô-bốt công nghiệp trong sản xuất.........................................156 PHỤ LỤC ...................................................................................................................160 Phụ lục 1 Các hệ thống số .....................................................................................160 P1.1. Hệ thập phân ..............................................................................................160 3
  4. P1.2. Hệ nhị phân ................................................................................................160 P1.3. Hệ bát phân ................................................................................................161 P1.4. Hệ thập lục phân (hex) ..............................................................................162 P1.5. Số học số nhị phân .....................................................................................163 Phụ lục 2 Bảng mã G, M của hãng FANUC ........................................................166 P2.1. Mã G ..........................................................................................................166 P2.2. Mã M .........................................................................................................169 Phụ lục 3 Chế độ cắt trên máy CNC .....................................................................173 P3.1. Chế độ cắt khi phay ...................................................................................173 P3.2. Chế độ cắt khi khoan .................................................................................174 P3.3. Chế độ cắt khi doa .....................................................................................174 P3.4. Chế độ cắt khi tarô .....................................................................................176 4
  5. LỜI NÓI ĐẦU Trong một vài năm từ đầu thập kỉ 90 trở lại đây, máy điều khiển số (CNC) đã xuất hiện ở Việt Nam và dần dần khẳng định được vai trò của nó trong sản xuất cơ khí cụ thể là trong một số công nghệ quan trọng như: gia công các loại khuôn mẫu, gia công các chi tiết phức tạp, có độ chính xác cao. Trong khu vực kinh tế Nhà nước, nhiều cơ sở đã đầu tư lắp đặt các dây chuyền sản xuất hiện đại, trong đó có các trung tâm gia công CNC, các phần mềm trợ giúp thiết kế và sản xuất (CAD/CAM) được trang bị đồng bộ. Trong khu vực công nghiệp Quốc phòng, do nhiệm vụ là chế tạo các chi tiết vũ khí có độ phức tạp và chính xác cao nên nhiều cơ sở nghiên cứu, đào tạo và các nhà máy Quốc phòng đã trang bị các loại máy CNC để thực hiện các phương pháp công nghệ khác nhau. Các máy CNC đã được trang bị phần lớn thuộc nhóm máy phay, tiện, cắt dây, gia công điện cực (xung điện). Bên cạnh các máy hiện đại, có độ chính xác cao, như các máy của Trung tâm khoa học công nghệ và kĩ thuật quân sự, Viện công nghệ - Tổng cục công nghiệp QP; còn lại phần lớn các máy được trang bị cho các nhà máy đều có tính năng công nghệ ở mức trung bình. Mặc dù công nghệ CAD/CAM và CNC đã xuất hiện ở Việt Nam trong một thời gian khá dài, nhưng việc ứng dụng nó trong sản xuất vẫn đang chỉ ở giai đoạn khởi đầu do trang bị còn lẻ tẻ, tính đồng bộ không cao. Các cơ sở sản xuất đã trang bị nhiều máy CNC nhưng chưa nối mạng nên chưa có khả năng trao đổi chương trình và dữ liệu với thiết bị bên ngoài; ở một số cơ sở có thiết bị hiện đại thì lại không có công cụ lập trình tương xứng. Ngoài ra vấn đề đào tạo một đội ngũ lập trình viên có đủ năng lực khai thác các thiết bị này cũng là vấn đề đáng chú ý. Giáo trình này phục vụ cho công tác đào tạo kỹ sư công nghệ chế tạo máy và công nghệ chế tạo vũ khí tại Học viện kỹ thuật quân sự (KTQS). Mục đích là cung cấp những hiểu biết chung nhất về máy điều khiển số, hệ thống điều khiển số và các kỹ năng lập trình gia công cơ bản cũng như vận hành máy CNC phục vụ cho môn học "Máy điều khiển số và rô bốt công nghiệp". Giáo trình gồm 6 chương và 3 phụ lục: Chương 1. Máy điều khiển số CNC Chương 2. Hệ thống điều khiển số CNC Chương 3. Cơ sở lập trình gia công cho máy điều khiển số Chương 4. Lập trình cơ bản cho máy phay CNC Chương 5. Lập trình cơ bản cho máy tiện CNC Chương 6. Rô-bốt công nghiệp 5
  6. Các tác giả xin cám ơn đồng chí Dương Xuân Biên, Phòng thí nghiệm công nghệ cao, Trung tâm công nghệ, Học viện KTQS đã cung cấp tài liệu về vận hành máy; các đồng chí Nguyễn Trung Thành, Lê Xuân Hùng, giảng viên Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí đã giúp đ trong quá trình chế bản. Giáo trình là kết quả của nhiều năm giảng dạy các môn học trong lĩnh vực CAD/CAM-CNC. Tuy nhiên lần đầu tiên xuất bản chắc vẫn còn sai sót. Chúng tôi mong nhận các ý kiến đóng góp để hoàn thiện cho những lần tái bản. ịa chỉ liên hệ: Nguyễn Trọng Bản, Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Học viện KTQS; điện thoại CQ: 069515368, D 0982502954; email: trong_ban29@yahoo.com.vn Các tác giả 6
  7. Chƣơng 1 MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ 1.1. Sự ra đời và phát triển của máy điều khiển số 1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển máy điều khiển số Từ năm 1807 Joseph M. Jacquard đã sử dụng các bìa đục lỗ để điều khiển máy dệt. Những năm tiếp theo ngành công nghiệp dầu mỏ và hóa chất cũng đã sử dụng nguyên lý này. Năm 1947 John Parsons của công ty Pasrons có trụ sở ở Traverse City, Michigan (Mỹ) bắt đầu thí nghiệm ý tưởng sử dụng những dữ liệu đường cong ba chiều để điều khiển máy công cụ gia công một số bộ phận phức tạp của máy bay. Ông đã sử dụng thành công nguyên lý xấp xỉ toán học (nguyên lý nội suy) để cắt gọt biên dạng cánh máy bay trực thăng (helicopter rotor blade) vào tháng 12 năm 1948. Tháng 6 năm 1949 Parsons đã liên kết với phòng thí nghiệm Servomechanisms (cơ cấu bám) của Viện công nghệ Masachuset (Massachusetts Insutute of Technology - MIT) nhằm phát triển máy tự động điều khiển số mà kết quả là vào năm 1952 đã chế tạo thành công máy tự động điều khiển số đầu tiên, máy phay trục đứng Cincinnati Hydrotel. Cụm điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) được thiết kế từ các đèn điện tử chân không và chiếm nhiều không gian hơn máy công cụ. MCU tiếp nhận dữ liệu máy từ các bìa đục lỗ để tạo ra các chuyển động theo ba trục toạ độ nhờ bộ nội suy tuyến tính. Ngay sau đó, một phương án chế tạo máy NC công nghiệp được đề nghị với 3 nguyên tắc sau: - Sử dụng máy tính1 để tính toán quỹ đạo chạy dao và lưu dữ liệu vào bìa đục lỗ. - Dùng thiết bị đọc tại máy để tự động đọc dữ liệu từ bìa đục lỗ. - Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý và liên tục đưa ra thông tin điều khiển các động cơ dẫn động cơ cấu chấp hành. Năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Pari trưng bày những máy NC đầu tiên trên thế giới. Thông tin điều khiển (chương trình gia công chi tiết) của những máy này được ghi trên bìa đục lỗ. Mãi khoảng giữa thập k 60, máy NC mới được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp. Tuy nhiên các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc sử dụng chúng cũng rất khó khăn, như chương trình được chứa trong các băng hoặc bìa đục lỗ, khó hiểu và không sửa chữa được. Giao tiếp giữa người và máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím. Sau khi các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công 1 Chiếc máy tính điện tử đầu tiên mang tên ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) do Mauchly và Eckert chế tạo vào năm 1943. 7
  8. nghiệp (khoảng năm 1960) thì máy gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn,... Các băng, bìa đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,... Nhưng nói chung, tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, cho đến khi máy tính được ứng dụng vào đây. Những hoạt động tích cực trong lĩnh vực tiêu chuẩn hoá, những biến đổi xung quanh phần cứng và phần mềm của các hệ thống điều khiển số diễn ra theo ba hướng: - Kiểu và định dạng của thiết bị vào. - Cấu hình hệ thống nội suy. - Ngôn ngữ lập trình gia công chi tiết. Sự xuất hiện IC (1959), LSI (1965), vi xử lý (1974) và các tiến bộ kỹ thuật về lưu trữ và xử lý số liệu đã làm nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật điều khiển số máy công cụ. Các bộ điều khiển số trên máy công cụ được tích hợp thêm máy tính và thuật ngữ CNC (viết tắt của Computer Numerical Control) được sử dụng từ đầu thập k 70. Máy CNC ưu việt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt, như tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,... nhưng ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện thân thiện ùng và các thiết bị ngoại vi khác. Các máy CNC ngày nay có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với người dùng (hình 1-1 và 1-2). Nhờ màn hình, người dùng được thông báo thường xuyên về tình trạng của máy, cảnh báo báo lỗi và các nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mô phỏng để kiểm tra trước quá trình gia công,... . Máy CNC có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như rô-bốt, băng tải, thiết bị đo,... trong hệ thống sản xuất. Chúng có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ (LAN) đến mạng diện rộng và Internet. Ngoài kỹ thuật điều khiển tự động, sự phát triển của máy CNC và công nghệ gia công trên chúng còn gắn liền với một lĩnh vực khác của công nghệ thông tin: thiết kế và sản xuất có trợ giúp của máy tính mà chúng ta quen gọi là CAD/CAM. Đó là lĩnh vực ứng dụng máy tính vào công tác thiết kế, tính toán kết cấu, chuẩn bị công nghệ, tổ chức sản xuất, hoạch toán kinh tế,... Một hệ thống sản xuất tự động, có khả năng tự thích ứng với sự thay đổi đối tượng sản xuất được gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS). FMS gồm máy các CNC, rô-bốt, các thiết bị vận chuyển, thiết bị kiểm tra, đo lường,... làm việc dưới sự điều khiển của một mạng máy tính. Sự tích hợp mọi hệ thống thiết bị sản xuất và tích hợp mọi quá trình thiết kế - sản xuất - quản trị kinh doanh nhờ mạng máy tính với các phần mềm trợ giúp công tác thiết kế và công nghệ, kinh doanh,... tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính (Computer Integrated Manufacturing - CIM). 8
  9. Hình 1-1. Trung tâm gia công CNC hiện đại Hình 1-2. Máy tiện CNC hiện đại CAD/CAM là lĩnh vực có liên quan mật thiết với kỹ thuật điều khiển số các thiết bị sản xuất. CAD (Computer Aided Design), được dịch là "thiết kế có trợ giúp của máy tính", là một lĩnh vực ứng dụng của CNTT vào thiết kế. Nó trợ giúp cho các nhà thiết kế trong việc mô hình hoá, lập và xuất các tài liệu thiết kế dựa trên kỹ thuật đồ hoạ. CAM (Computer Aided Manufacturing), được dịch là "sản xuất có trợ giúp của máy tính", xuất hiện do nhu cầu lập trình cho các thiết bị điều khiển số (máy CNC, rô- 9
  10. bốt, thiết bị vận chuyển, kho tàng, kiểm tra) và điều khiển chúng. Chúng vốn xuất hiện độc lập với nhau, nhưng ngày càng xích lại gần nhau. CAD/CAM là thuật ngữ ghép, dùng để chỉ một môi trường thiết kế - sản xuất với sự trợ giúp của máy tính. Quá trình xuất hiện, phát trển của máy CNC và các lĩnh vực liên quan là hệ thống CAD/CAM, CIM (hình 1-3). Cũng từ hình trên và qua thực tế chúng ta thấy CAD/CAM, CNC đang trong thời kỳ phát triển mạnh và k nguyên của CIM mới được khởi đầu. Hình 1-3. Các giai đoạn phát triển của máy CNC và CAD/CAM 1.1.2. Các tính năng kỹ thuật của máy điều khiển số a) Các tính năng kỹ thuật chung Là một hệ thống điều khiển tự động, các tính năng của hệ thống CNC phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Những người sử dụng cần phải đề ra độ chính xác mong muốn hoặc các chỉ tiêu đánh giá tính hiệu quả sử dụng. Thông thường người ta dựa vào 4 tính năng kỹ thuật sau đây: 1. ộ chính xác Độ chính xác được đánh giá bằng tổng sai lệch trong phạm vi nào đó. Ví dụ bàn trượt có sai lệch 0,002 mm (0,0008 inch) khi dịch chuyển 500 mm (20 inch). Độ chính xác cần thiết đặc trưng cho một máy CNC là 0,001mm/250 mm (tức là khoảng 0,0004 inch/10 inch). 2. ộ phân giải Độ phân giải là giá trị dài (hoặc góc) nhỏ nhất mà hệ thống CNC có thể nhận biết và thực hiện được, thực chất đây là đơn vị cơ sở hay đơn vị lập trình nhỏ nhất. Các hệ thống CNC thông thường đạt đến 0,001 mm (0,0001 inch) và 0,001o. 3. ộ chính xác lặp lại Độ chính xác lặp lại là sai lệch vị trí của bàn máy khi trở về vị trí đã được lập trình trước đó. Độ chính xác lặp lại được coi trọng hơn độ chính xác khi đánh giá hệ 10
  11. thống CNC và máy CNC. Thông thường độ chính xác lặp lại đạt 0,005 mm (0,002 inch). 4. ộ nhạy Độ nhạy là thời gian trễ giữa thời điểm nhập một tín hiệu vào hệ thống và thời điểm đạt được điều kiện mong muốn. Số vòng lặp điều khiển càng lớn thì độ nhạy càng cao. Tuy nhiên nếu số vòng lặp điều khiển quá lớn thì hệ thống sẽ mất ổn định. Giải pháp dung hoà là giảm thời gian trễ nhưng vẫn duy trì tính ổn định của hệ thống. Hằng số thời gian của các hệ thống servo (bám) là yếu tố chính quyết định độ nhạy của hệ thống. Thông thường hằng số thời gian cho các hệ thống CNC bằng 0,033 giây. b) Các tính năng tiêu chuẩn Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ CNC đã làm một số chức năng trở thành các tính năng tiêu chuẩn (standard). Các tính năng đó như sau: - Các mã chuẩn bị và các chức năng phụ. - Nội suy tuyến tính và cung tròn. - Bù kích thước dao cắt. - Các chu kỳ cố định. - Lập trình các thủ tục tham số. - Lập trình Macro. - Tăng hoặc giảm tự động. - Lựa chọn hệ toạ độ. - Dung lương bộ nhớ cơ sở. - Truy nhập chương trình gia công. c) Các tính năng mở rộng Các tính năng mở rộng còn được gọi là các tính năng lựa chọn (option). Chúng bao gồm: - Bộ nhớ mở rộng. - Giao tiếp DNC. - Nội suy parabol và xoắn ốc. - Các chu kỳ đặc biệt. - Bù lỗi dịch chuyển. - Quản lý tuổi bền dao cắt. - Kiểm soát thời gian chết (không gia công). d) Các tính năng vận hành Các tính năng vận hành cung cấp các hỗ trợ để vận hành thuận lợi: - Phục hồi điểm chuẩn thủ công hoặc tự động. 11
  12. - Cài đặt hệ thống toạ độ thủ công hoặc tự động. - Chạy khô (dry run), chạy không gia công. - Thay đổi tốc độ chạy dao. - Thay đổi tốc độ trục chính. - Chọn tốc độ chạy dao nhanh. - Hiển thị trạng thái và thông báo lỗi. - Hiển thị đường chạy dao. - ... e) Các tính năng bổ trợ Các tính năng bổ trợ gồm: - Nhập chương trình thủ công (từ panel điều khiển của máy). - Biên tập chương trình. - Chẩn đoán tại chỗ và kiểm tra mạch điện. - Chẩn đoán trong qúa trình và trực tuyến. - Các cổng giao tiếp khác. 1.1.3. Hiệu quả sử dụng máy CNC Về bản chất vật lý, quá trình gia công trên máy thông thường và máy CNC hoàn toàn như nhau: kích thước và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công được hình thành và điều khiển bởi sự tương tác cơ, lý, hoá giữa dao và chi tiết gia công. Nền tảng lý thuyết cắt gọt kim loại được nghiên cứu và ứng dụng hàng trăm năm nay dựa trên máy truyền thống vẫn đúng cho máy CNC. Hiệu quả do điều khiển số mang lại, thực chất là cho phép thực hiện hợp lý hơn các chế độ gia công, phát huy năng lực của máy ở mức độ cao hơn mà trên máy thông thường, do hạn chế của điều khiển thủ công, không thực hiện được. Sự tích hợp giữa kỹ thuật cơ khí, điều khiển tự động và công nghệ thông tin đã tạo ra cho máy CNC các tính năng mới, vượt trội so với máy thông thường. Việc chuyển vai trò điều khiển của con người cho máy móc tạo nên sự chính xác, linh hoạt, nhanh nhạy, bền vững của hệ thống công nghệ. Bảng 1-1 cho phép so sánh một cách tóm tắt phương thức thực hiện và vai trò của con người trong các trường hợp: gia công trên máy thông thường, trên máy NC và trên máy CNC, qua đó chúng ta đã có thể phần nào hiểu được tại sao máy CNC lại cho hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao hơn so với máy thông thường. Nhờ các tính năng ngày càng ưu việt của hệ thống tích hợp cơ khí - điều khiển tự động - công nghệ thông tin mà máy CNC có rất nhiều ưu điểm. Hiệu quả kinh tế - xã hội của việc sử dụng máy CNC được thể hiện ở các khía cạnh sau đây: - Năng suất gia công cao 12
  13. - Chất lượng gia công cao - Tính linh hoạt cao - Chi phí gia công giảm, hiệu quả kinh tế cao a) Năng suất gia công cao Tổng thời gian gia công một loạt chi tiết T gồm 3 thành phần: T = Tc + Tp + Tck, Trong đó, Tc - thời gian chính (trực tiếp cắt gọt); Tp - thời gian phụ (thời gian chạy không, thay dao, thay đổi chế độ cắt, kiểm tra,...); Tck - thời gian chuẩn bị - kết thúc loạt gia công (chuẩn bị dao cụ, đồ gá, dao đo, phôi liệu,...). Bảng 1-.1 Phƣơng thức thực hiện quá trình gia công trên máy thông thƣờng, máy NC và máy CNC Máy thông thƣờng Máy NC Máy CNC Công nhân thạo nghề Chương trình NC Chương trình NC được nhập Truyền lệnh ĐK trực tiếp điều khiển truyền vào bộ nhớ từ vào bộ nhớ từ bàn phím, đĩa từ, theo kích thước và băng hoặc bìa đục lỗ. đường truyền thông. Một số điều kiện kỹ thuật chương trình có thể được lưu ở ghi trong bản vẽ. bộ nhớ trong hoặc bộ nhớ ngoài (VD đĩa cứng, card nhớ). Công nhân đặt các Chế độ công nghệ Máy tính với phần mềm chuyên thông số (tốc độ trục được ghi trong dùng thực hiện mọi chức năng Điều khiển chế độ công nghệ chính, tốc độ ăn chương trình NC. Bộ tính toán công nghệ (nhờ dao,...) bằng tay và điều khiển đọc, tính chương trình và dữ liệu công điều khiển máy bằng toán tốc độ chuyển nghệ, thông số máy, dao,... các vô lăng, cần gạt, động và truyền lệnh được lưu sẵn trong máy) và phím,... cho các hệ truyền điều khiển gia công. Thường động tương ứng. phần mềm có cả chức năng giám sát quá trình, cảnh báo lỗi và sự cố. Khi cần có thể trực tiếp thay đổi chế độ công nghệ từ bên ngoài chương trình. 13
  14. Máy thông thƣờng Máy NC Máy CNC Công nhân định phải Bộ điều khiển thường Bộ điều khiển thường xuyên Đảm bảo kích thước GC kỳ đo kích thước bề xuyên giám sát kích giám sát kích thước gia công mặt gia công. thước gia công nhờ tín theo chương trình, nhờ tín hiệu hiệu phản hồi vị trí phản hồi vị trí và điều khiển hoặc từ thiết bị đo tích động cơ servo. Ngoài ra có thể cực kèm theo. can thiệp vào quá trình gia công nhờ các thiết bị đo khác, ví dụ đầu dò, máy đo 3 chiều. Thời gian chính Tc được cải thiện nhờ phát huy tối đa công suất gia công của máy, trong khi trên máy thông thường, do hạn chế về tay nghề hoặc tình trạng tâm sinh lý của công nhân điều đó không đạt được. Ví dụ, tốc độ trục chính trên máy tiện CNC có thể tới hàng vạn vòng/phút, còn khi làm việc trên máy thông thường, công nhân chỉ có thể chạy tới vài ngàn vòng/phút. Máy CNC có kết cấu cơ khí cứng vững, ổn định về cơ, nhiệt nên tốc độ và công suất gia công có thể phát huy tối đa. Chế độ công nghệ trên máy CNC dường như chỉ phụ thuộc vào độ bền, độ cứng vững của hệ thống công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công. Công nghệ cắt cao tốc (High Speed Cutting) chỉ phát huy được hiệu quả cao trên máy CNC. Việc gia công bằng nhiều dao, nhiều vị trí đồng thời cũng làm giảm đáng kể thời gian chính. Thời gian phụ Tp giảm trước hết nhờ tăng tốc độ chạy không và giảm thời gian định vị. Các máy CNC hiện đại cho phép tăng tốc độ chạy không lên tới vài chục mét/phút mà không gây va chạm và định vị vẫn chính xác. Trên các máy có hệ thống thay dao tự động, thời gian thay dao chỉ tính bằng giây. Chế độ công nghệ được thay đổi từ chương trình, công nhân không mất thời gian gạt số. Việc dừng máy để kiểm tra kích thước trong các nguyên công hầu như được loại bỏ do khả năng điều khiển chính xác vị trí và quỹ đạo của máy CNC rất cao. Các trung tâm gia công thường có hệ thống cấp phôi, kẹp nhả phôi, lấy chi tiết tự động nên thời gian gá kẹp phôi rất ngắn. Khi làm việc với máy CNC, công nhân chỉ đóng vai trò giám sát chứ không tham gia trực tiếp vào quá trình gia công nên máy có thể làm việc cả khi vắng mặt công nhân và một công nhân có thể trông coi nhiều máy. Việc chuẩn bị máy CNC để gia công một loại sản phẩm mới rất nhẹ nhàng: nạp chương trình gia công và chuẩn lại các toạ độ. Toàn bộ thời gian trên chỉ cần không quá 30 phút. Trong khi đó, nếu chi tiết đòi hỏi thiết kế và chế tạo đồ gá thì thời gian trên có thể kéo dài hàng tuần. Khả năng điều khiển và phối hợp chính xác các trục theo chương trình cho phép loại bỏ các đồ gá và dao định hình phức tạp. Nhờ vậy không những giảm được thời gian lắp đặt, căn chỉnh đồ gá mà còn loại bỏ các sai số truyền động do chế tạo và hao mòn cơ khí, tăng độ chính xác gia công. Việc lập chương trình mới có thể tiến 14
  15. hành ngoài máy (trên máy tính độc lập) hoặc thực hiện ngay trong khi máy gia công nên chiếm thời gian máy không đáng kể. Các máy và các trung tâm gia công CNC cho phép tập trung nguyên công cao độ. Trên một máy có thể gia công nhiều bề mặt, bằng các phương pháp công nghệ khác nhau; có thể gia công thô và tinh trên cùng một máy, trong cùng một lần gá, bằng nhiều dao, nhiều trục đồng thời. Điều đó giảm bớt việc vận chuyển, gá đặt nên không những làm tăng năng suất mà còn giảm sai số gia công. Người ta đã tổng kết rằng, thời gian trực tiếp gia công (Tc) trên máy thông thường chỉ chiếm không quá 10% trong tổng số thời gian gia công (T). Trên máy CNC thời gian đó lên tới 70%. Năng suất gia công trên máy CNC hầu như không phụ thuộc vào tay nghề và trạng thái tâm, sinh lý của công nhân. b) Chất lượng gia công cao Chất lượng gia công (độ chính xác kích thước, hình dáng và chất lượng bề mặt gia công) suy đến cùng phụ thuộc 3 yếu tố: nguyên vật liệu, thiết bị và công nhân. Yếu tố nguyên vật liệu giả thiết là không thay đổi. So sánh về thiết bị thì máy CNC đảm bảo độ chính xác cao và đồng đều nhờ hệ thống điều khiển - đo lường rất chính xác (cỡ 0,01 - 0,001 mm), hệ thống cơ khí cứng vững và ổn định, quá trình cắt được điều khiển hoàn toàn nhờ chương trình nên loại trừ được các sai số do chế tạo và hao mòn các cữ, dưỡng. Các máy CNC hiện đại đều có khả năng bù kích thước và mòn dao, bù khe hở và biến dạng nhiệt cơ khí. Trên máy thông thường, tay nghề và tình trạng tâm, sinh lý của người thợ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công. Khi gia công trên máy CNC, công nhân chỉ có nhiệm vụ nạp chương trình, giám sát việc gá phôi, thay dao và tình trạng làm việc của máy. Vì vậy tâm sinh lý, tay nghề của công nhân hoàn toàn không ảnh hưởng đến chất lượng gia công. c) Tính linh hoạt cao Máy CNC hơn hẳn máy thông thường ở tính linh hoạt. Điều đó biểu hiện ở hai khía cạnh. Thứ nhất, trên một máy CNC có thể thực hiện nhiều chức năng công nghệ khác nhau và việc chuyển đổi giữa các chức năng rất dễ dàng. Ví dụ, trên máy phay CNC có thể thực hiện các nguyên công khoan, khoét, doa, gia công mặt phẳng, định hình, răng, ren, gia công các rãnh, hốc phức tạp như hốc tròn, chữ nhật, elip,... Các mặt cong không gian, như mặt cầu, mặt xoắn ốc,... cũng có thể gia công trên máy phay 3 trục. Các máy phay 4-5 trục cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng gia công và có thể gia công các sản phẩm nghệ thuật, như tạc tượng. Máy tiện CNC, ngoài các chức năng như máy thường, có thể gia công ren với bước thay đổi, ren trên mặt côn. Điều quan trọng là các mặt cong định hình có thể gia công trên máy CNC một cách dễ dàng, dùng đồ gá và dao thông thường chứ không cần đồ gá và dao chuyên dùng. Trên các trung tâm gia công có thể thực hiện các công việc phay, khoan, doa, tiện, mài,... đồng 15
  16. thời. Chính vì vậy mà máy CNC có khả năng tập trung nguyên công cao để gia công các chi tiết phức tạp. Biểu hiện thứ hai của tính linh hoạt là việc thay đổi đối tượng gia công trên máy CNC rất dễ dàng, gần như chỉ thay đổi chương trình chứ không cần thay đồ gá, dao cụ phiền phức như trên máy thông thường. Nhờ có khả năng thích ứng linh hoạt với đối tượng gia công mà máy CNC là thiết bị cơ bản của các hệ thống sản xuất linh hoạt. Nhờ tính linh hoạt cao của mình mà máy CNC được sử dụng phổ biến không chỉ trên các dây chuyền, trong các tế bào sản xuất tự động mà còn được sử dụng riêng lẻ trong loại hình sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, thậm chí cả chế thử. Hình 1-4 thể hiện mối liên hệ giữa giá thành chi tiết và sản lượng của một số loại máy công cụ. d) Chi phí gia công giảm, hiệu quả kinh tế cao Hình 1-4. Lĩnh vực sử dụng máy CNC Chi phí gia công một loạt N chi I.Máy cổ điển; II. Máy cổ điển có ổ dao chuyên dụng; III. Máy CNC; IV. Máy tiết có thể được biểu diễn qua công thức chuyên dùng; V.Dây chuyền tự động. sau: C = Ctx(1 + p)N + Ccb Trong đó, C - chi phí tổng cộng; Ctx - chi phí thường xuyên cho một chi tiết gồm lương công nhân, nguyên vật liệu, năng lượng chạy máy,...; p - t lệ phế phẩm trung bình; N - số lượng chi tiết trong loạt; Ccb - chi phí cơ bản, gồm khấu hao thiết bị, nhà xưởng,... Máy CNC có năng suất cao, không đòi hỏi công nhân bậc cao, ít sinh phế phẩm nên cho phép giảm chi phí thường xuyên. Tuy nhiên, chi phí mua sắm, bảo trì, lập trình, đảm bảo môi trường cho máy CNC lớn hơn nhiều lần so với máy thông thường. Vì vậy cần phải cân nhắc về kinh tế khi mua sắm máy CNC. Xu thế hiện nay là giá trị phần cứng của bộ điều khiển giảm rất nhanh, trong khi giá trị phần cơ khí và phần mềm lại tăng. Vì vậy các máy CNC cỡ trung bình, bộ điều khiển contour đơn giản trên cơ sở PC (PC Based CNC) không đắt hơn nhiều so với máy vạn năng. Nhờ trợ giúp của công nghệ CAD/CAM, máy đo hoặc đầu dò 3 chiều,... việc thiết kế và chuẩn bị chương trình cho máy CNC trở nên đơn giản. Máy CNC ngày càng được sử dụng phổ biến và dần dần thay thế máy vạn năng cả trong gia công các bề mặt thông thường. 16
  17. Hình 1-5 biểu diễn khu vực sử dụng hiệu quả của máy thông thường và máy CNC. Theo đó, máy vạn năng thông thường giá rẻ nhưng độ chính xác thấp được dùng chủ yếu trong sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ các chi tiết có độ phức tạp và độ chính xác thấp (vùng I). Khi yêu cầu độ phức tạp và độ chính xác cao thì máy CNC phù hợp hơn. Trong điều kiện đó, máy CNC vẫn cho Hình 1-5. Vùng hiệu quả kinh tế của máy thông hiệu quả kinh tế cao cả khi thường (I) và của máy CNC (II). sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ và chế thử, thậm chí sản xuất theo yêu cầu các biệt. 1.2. Cấu trúc chung của máy NC 1.2.1. Sơ đồ động học của xích chạy dao Sơ đồ động học của xích chạy dao máy CNC rất khác so với các máy công cụ thông thường. Sự khác nhau chủ yếu ở khâu điều chỉnh các chuyển động công tác và chạy không: trên máy CNC các chuyển động này được điều chỉnh nhờ số liệu trong chương trình gia công. Ví dụ, xác lập tốc độ trục chính, thay đổi tốc độ trục chính trên khoảng gia công nhất định, xác lập và thay đổi lượng chạy dao trong quá trình gia công, phối hợp chuyển động của phôi và dao. Nhìn tổng quát, xích công suất cắt gọt thường bắt đầu từ một động cơ có tốc độ thay đổi vô cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ chỉ có 2 đến 3 cấp, nhằm khuyếch đại các mô men cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu. Hiện nay hộp tốc độ như vậy không còn dùng nữa, động cơ dẫn động lắp trực tiếp trên trục chính hoặc thông qua bộ truyền đai thang. Trong máy CNC người ta sử dụng động cơ điện có thể điều chỉnh tốc độ vòng quay hoặc động cơ bước, các hệ thống truyền động không khe hở, truyền động vít me - đai ốc bi, hệ thống phản hồi… Trong xích động học của chuyển động chính khi thay đổi tốc độ trục chính phân cấp người ta sử dụng động cơ không đồng bộ truyền chuyển động cho trục chính thông qua hộp tốc độ tự động và hộp tốc độ có số tốc độ nhỏ. Khi yêu cầu điều chỉnh tốc độ trục chính vô cấp người ta sử dụng động cơ một chiều kết hợp với hộp số có số tốc độ nhỏ nhằm đạt được phạm vi điều chỉnh rộng. 17
  18. =Dạng Sơ đồ nguyên lý động học Dạng phản hồi Có hộp số Không có. Quay, lắp trên trục động cơ. Quay, lắp trên vít me. Quay, lắp trên cơ cấu chấp hành. Tuyến tính, lắp trên cơ cấu chấp hành. Hình 1-6. Sơ đồ động học dẫn động chạy dao điển hình của máy CNC 18
  19. Dạng Sơ đồ nguyên lý động học Dạng phản hồi Không Quay, lắp trên vít me hộp số Quay, lắp trên trục động cơ Quay, lắp trên cơ cấu chấp hành Hình 1-6. Sơ đồ động học dẫn động chạy dao điển hình của máy CNC (tiếp). B: ộng cơ bước; C: ộng cơ; KT: Khuếch đại thuỷ lực; CH: Cơ cấu chấp hành; DC: o dịch chuyển Trên hình 1-6 thể hiện các sơ đồ động học điển hình để tạo chuyển động chạy dao của máy CNC. Người ta sử dụng dẫn động chạy dao có phản hồi (sơ đồ kín) và không có phản hồi (sơ đồ hở). Dẫn động không có phản hồi được xây dựng trên cơ sở sử dụng các động cơ bước ĐB công suất lớn hoặc công suất nhỏ. Khi sử dụng động cơ bước công suất nhỏ, người ta tổ hợp chúng với hệ khuếch đại thu lực KT (hình 1-6a). Do không kiểm soát vị trí thực của cơ cấu chấp hành CH, các hệ dẫn động này, chịu sai số của động cơ bước, khuếch đại thu lực và cơ cấu truyền động (bánh răng 1, cặp vít me đai ốc 2,…). Dẫn động chạy dao có phản hồi bảo đảm kiểm soát dịch chuyển và vị trí thực của cơ cấu chấp hành. Loại này có một số dạng: Trên dẫn động hình 1-6b, giữa động cơ dẫn động ĐC và vít me 3 có hộp số 2, tỉ số truyền của hộp số được chọn sao cho 19
  20. khi động cơ quay với tốc độ định mức thì lượng chạy dao là lớn nhất. Đát tríc phản hồi ĐT (dạng quay) lắp với động cơ thông qua bộ truyền bánh răng 1. Trong dẫn động chạy dao (hình 1-6c) người ta tiến hành đo dịch chuyển của cơ cấu chấp hành CH nhờ cảm biến quay ĐT, lắp trực tiếp trên trục vít me. Chính vì vậy mà biến dạng đàn hồi của hộp số không ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Sơ đồ này tương đối đơn giản và tiện lợi trong lắp đặt cảm biến. Trong trường hợp này vít me có yêu cầu cao về độ chính chế tạo, dịch chuyển đàn hồi nhỏ, không có khe hở. Trong dẫn động chạy dao (hình 1-6d) người ta sử dụng cảm biến quay, trực tiếp đo dịch chuyển của cơ cấu chấp hành CH thông qua thanh răng - bánh răng. Tuy hệ thống phản hồi bao gồm cả các cơ cấu dẫn động chạy dao, trong đó có truyền động vít me - đai ốc, phép đo chịu sai số của cặp truyền thanh răng – bánh răng. Vì vậy người ta phải sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng có độ chính xác cao, chiều dài của thanh răng phụ thuộc vào hành trình của cơ cấu chấp hành. Trong sơ đồ (hình 1-6e) người ta sử dụng cảm biến tuyến tính. Sơ đồ như vậy bảo đảm đo trực tiếp lượng dịch chuyển của cơ cấu chấp hành. Điều này cho phép hệ thống phản hồi bao hết các cơ cấu truyền động chạy dao, do đó đạt được độ chính cao. Độ chính xác dịch chuyển của CH phụ thuộc nhiều vào sai số của máy (ví dụ như mòn dẫn hướng, biến dạng nhiệt…). Những yêu cầu cơ bản đối với xích động học chạy dao theo quan điểm nâng cao độ chính xác truyền động là: loại trừ khe hở trong các bộ truyền, giảm biến dạng đàn hồi, loại trừ truyền động bánh răng ra khỏi xích động học hoặc đơn giản tối đa. Để đáp ứng tất cả các yêu cầu trên, trong các máy CNC người ta sử dụng dẫn động chạy dao dịch chuyển thẳng không hộp số và dẫn động với hộp số đơn giản có sử dụng động cơ điện có môment khởi động lớn. Các động cơ này có độ chính xác tĩnh cao và tác động nhanh. Trong các hệ dẫn động không hộp số (hình 1-6f) trục động cơ điện ĐC lắp với trục vít me 2 thông qua ly hợp 1 có độ cứng vững xoắn lớn. Đát tríc phản hồi ĐT lắp trực tiếp với trục vít (cảm biến quay) hoặc lắp gián tiếp nhờ bộ truyền bánh răng – thanh răng (hình 1-6g). Trên hình 1-6h, sơ đồ lắp cảm biến phản hồi ĐT dạng tuyến tính (dịch chuyển thẳng). Dẫn động không hộp số cho phép nhận được vận tốc của hành trình chạy không đến 10 – 15 m/phút. Khi sử dụng dẫn động chạy dao có môment khởi động lớn và dẫn động trục chính có phạm vi điều chỉnh rộng, việc đơn giản sơ đồ động học cho phép đạt được độ chính xác cao và độ bền lâu. Sử dụng cảm biến quay cho phép ta đơn giản hoá sơ đồ động học. Điều này rất quan trọng cho các máy gia công răng như phay răng, xọc răng, mài răng… 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản