Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC

ống điều khiển số bằng máy tính đã có mặt ở các nhà máy, xí nghiệp,…… Trong chế tạo máy từ những máy thông thường đã dần được cải tiến nhờ điều khiển số, lúc đầu xử dụng hệ điều khiển NC dùng để điều khiển tự động một chuỗi lệnh kế tiếp liên tục. Thế hệ sau của NC là hệ điều khiển số CNC dùng các cụm vi xử lý thông qua máy tính để thực hiện một cách tự động các máy công cụ, bằng các chương trình được lập trước. .. Thời kỳ đổi mới đất nước ta đã chủ trương phát triển ngành công nghiệp nặng, trong đó ngành cơ khí chế tạo được quan tâm, và không ngừng đổi mới các trang thiết bị để năng cao chất lượng và tính ưu việt của sản phẩm. Do vậy các máy điều khiển số đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta để chế tạo cơ khí, đặc biệt áp dụng để chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết phục vụ trong công nghiệp Quốc Phòng. Các máy công cụ điều khiển số còn được dùng trong công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo, qua các lớp đào tạo về máy điều khiển số ta có thể tìm hiểu vận hành và sử dụng chúng để nâng cao trình độ áp dụng trong sản xuất có hiệu tối đa nhất. Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC”. Để hiểu sâu hơn về máy công cụ điều khiển số, trong thuyết minh em trình bày các phần sau: Chương I: Khái niệm cơ bản về điều khiển số & máy công cụ CNC. Chương II: Bộ nội suy và hệ thống truyền động cơ khí trong máy điều khiển số. Chương III: Lập trình trên máy công cụ điều số theo ngôn ngữ ISO và lập trình trên máy phay DMU 60 – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) và các chương trình gia công. Phụ lục: Một số chương trình gia công trên máy phay TNC426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS). CHƯƠNG I KHÁI NIỆN CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ MÁY CỘNG CỤ CNC Đ1: KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ I. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN, TRÌNH ĐỘ HIỆN TẠI CỦA NGÀNH MÁY CÔNG CỤ CNC. 1. Quá trình phát triển. Ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp liên tục, mà chúng được ứng dụng trong các máy điều khiển NC ngày nay, thực ra đã được phát kiến từ thế kỷ 14, bắt đầu từ những cụm chuông được điều khiển bởi các trục đục lỗ. Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ điều khiển tự động các máy dệt. Những “vật mang tin thay đổi được” đã ra đời. Cuối những năm 1940, Học viện công nghệ MIT ( Massachusetts Institute of Technology ) của Hoa Kỳ thực hiện dự án nghiên cứu kỹ thuật điều khiển số. Năm 1953 – Công bố sáng chế máy phay điều khiển theo chương trình số NC. Năm 1959 máy công cụ NC được triển lãm đầu tiên ở Pari, trình bày những máy NC đầu tiên ở Châu Âu. Từ sau năm 1960, bóng đèn điển tử được thay thế bởi các phần tử bán dẫn điện tử rời rạc điốt ( đèn hai cực ) và Tranzito ( đèn ba cực ). Nhưng đa số những linh kiện này vẫn đòi hỏi thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mỗi hàn và các ổ cắm (giao điện ) vừa tốn kém trong chế tạo và hạn chế độ tin cậy trong vận hành và điều khiển.Thông tin điều khiển ghi trên băng đục lỗ, dung lương thấp, khi gia công cho nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lân gia công. Khi thay đổi chương trình điều khiển đòi hỏi phải cải tiến hay làm lại băng đục lỗ. Trong những năm 70 ngành điều khiển số nhanh chóng ứng dụng trong các thành tựu phát triển của kỹ thuật vi điện tử , vi mạch tích hợp. Những hệ NC sử dụng các bản mạch logic nối cứng được thay thế bởi các hệ điều khiển có bộ nhớ và dung lượng đủ lớn. Do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số mà phần cứng có nhiệm vụ chuyên dùng trước đây được thay thế bằng các phần mềm linh hoạt hơn. Dung lượng nhớ ngày càng được mở rộng, tạo điều kiện lưu trữ trong hệ điều khiển số trước hết là những chương trình đơn lẻ sau đó là cả một thư viện chương trình, lại có thể thay đổi được chương trình đã lập một cách dễ dàng thông qua cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy. Năm 1972, các tủ điều khiển NC đầu tiên có cài đặt các cụm vi tính chế tạo hàng loạt đưa ra một thế hệ mới các thiết bị NC cài đặt các cụm vi tính có công năng mạnh mẽ hơn. Thế hệ này được nhanh chóng thay thế bởi các cụm điều khiển CNC cài đặt ( Microproessor ). Năm 1984 hệ điều khiển CNC có công năng mạnh được trang bị các công cụ trợ giúp lập trình “ garaphic ”. Tiến thêm một bước phát triển mới lập trình tại phân xưởng sản xuất. Những năm 1986 – 1987 các giao diện tiêu chuẩn hóa ( Inteface ) mở ra con đường tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên thông : CIM ( Computer Integrated ManufaeTuring ). 2. Trình độ hiện tại. Các chức năng tình toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện hơn và đạt độ xử lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý . Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng, dùng cho mục đích điều khiển khác nhau. Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact ( CD) có dung lượng nhớ ngày càng mở rộng, độ tin cậy và tuổi thọ ngày càng cao. Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ CNC ( Computer Numerical Control ) đã tạo điệu khiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ không có phòng lập trình riêng. Nghĩa là người điều khiển có thể lập trình trực tiếp trên máy. Dữ liệu lập vào nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy công cụ chỉ dẫn cần thiết cho người điều khiển được hiện trên màn hình. Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và con số thì ngày nay đã dùng màn hình màu có độ phân giải cao (có thêm toán đồ họa và hình vẽ mô phỏng tĩnh hoặc động quá trình gia công của chi tiết). Biên dạng của chi tiết gia công và chuyển động của dao đều được hiển thị trên màn hình. Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay có thể mở rộng quản lý và điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xi nghiệp hay của một tập đoàn công nghiệp ….. Với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi của tin học vào ngành cơ khí, cùng với xu hướng con người đang có nhu cầu tìm các lọai vật liệu thông minh mới nhằm thay đổi các loại vật liệu sản xuất trước đây, thì trong tương lai ngành cơ khí còn có nhiều những bước phát triển đột phá khác nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao phục vụ và đáp ứng tốt nhu cầu của xã hội. II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ. 2.1 Điều khiển kỹ thuật. Điều khiển kỹ thuật là lý thuyết cơ bản của kỹ thuật tự động hóa, bao gồm các khoa học về điều khiển, điều chỉnh, nhớ, sử lý và chuyển giao thông tin. Điều khiển kỹ thuật nghiêm cứu các quy luật xuất hiện trong : Quá trình thiết lập hoặc trong quá trình hoạt động. Các hệ thống làm việc tự động, gọi chung là hệ thống công tác. Một hệ thống công tác bao gồm hàng loạt hệ thống thành phần và hàng loạt các mỗi quan hệ giữa hai hay nhiều khâu hoặc nhiều quá trình. Một hệ thống công tác phải có một hay nhiều đầu vào và đầu ra, thông qua đó hệ thống công tác có thể trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin với môi trường bên ngoài. 2.2 Điều khiển tự động hóa máy công cụ. Điều khiển tự động hoá máy công cụ được thể hiện qua các chức năng sau: - Khởi động, dẫn dắt và kết thúc các chuyển động. - Biến đổi tốc độ, số vòng quay, biến đổi lực, mô men hay biến đổi công suất tác dụng. - Thực hiện định vị các cụm máy với độ chính xác yêu cầu để bảo đảm vị trí tương quan giữa dao và phôi. - Bộ điều khiển bao gồm một hay nhiều xích điều khiển, chúng gắn liền một hay nhiều mạch điều chỉnh. Các xích điều khiển và mạch điều chỉnh làm việc với các bộ khuyếch đại công suất. Ở đầu vào của bộ điều khiển, công suất thường thấp, nhưng ở đầu ra, công suất điều khiển lại cao hơn nhiều. Năng lượng này sẽ được khuếch đại từ nguồn khác. Bởi vậy giữa các đại lượng đầu vào và đầu ra xuất hiện sự “ trễ “ về thời gian. Thời gian trễ phụ thuộc vào lực quán tính và các trở kháng (như ma sát trượt và lăn, điện trở công suất, các hiệu ứng cảm ứng điện từ ). Quá trình làm việc của một máy công cụ, thì từng bước nguyên công được thực hiện theo một trình tự không gian và thời gian xác định, với sự xắp đặt có tính quy luật, rất chặt chẽ và chính xác giữa các chuyển động và thiết bị đóng/ ngắt. Gọi đó là chương trình làm việc cuả máy. Bộ điều khiển máy công cụ có nhiệm vụ thực hiện chương trình này một cách tự động. Trong điều khiển theo chương trình có : - Điều khiển khởi động và phanh hãm. - Điều khiển tốc độ, điều khiển đổi chiều. - Điều khiển đo đường dịch chuyển….. Các lệnh điều khiển được chia thành : Hệ điều khiển đóng/ ngắt: Với hệ điều khiển này thường tác động khi xác định về chiều và độ lớn của các tốc độ dịch chuyển trên các đoạn đường dịch chuyển. Hệ lệnh điều khiển đường: Thông tin đường dịch chuyển thường tác động khi xác định độ lớn của chiều dài hành trình cần thực hiện. Ngoài ra còn có các lệnh đóng/gắt cho các thiết bị phụ hoạt động trong chức năng hộ trợ kèm theo. Năng lượng tác dụng trong các bộ điều khiển, có thể thực hiện bằng cơ khí, khí nén, thủy lực, điện và điện tử hoặc là sự phối hợp các dạng năng lượng này để tạo ra một dạng năng lượng tối ưu dùng cho bộ điều khiển. Mỗi dạng năng lượng đều có những ưu, khuếch điểm riêng, với các nhiêm vụ khác nhau mà ta có thể lựa chọn các dạng năng lượng thích hợp, đảm bảo tính kinh tế. 2.3 Định nghĩa điều khiển. Là quá trình xảy ra trong một hệ thống giới hạn, trong đó một hay nhiều đại lượng là đại lượng đầu vào, các đại lượng khác nhau là các đại lượng đầu ra, chúng tác động và ảnh hưởng đến hệ thống theo những quy luật riêng. 2.4 Điều khiển số NC (Numerical Control). Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân, chúng được đưa vào hệ thống điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống. Trong điều khiển số ứng dụng cho máy công cụ, các đại lượng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nhập vào. - Điều khiển NC: Đặc tính của hệ điều khiển này là “ chương trình hóa các mỗi liên hệ “, trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua những dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển. - Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng. 2.5 Điều khiển CNC (Computerized Numerical Control). Là một hệ thống điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao hàm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý ( microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi. Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa là các chương trình làm việc có thể thiết lập trước. 2.6 Điều khiển đọc. Điều khiển đọc bao quát cả quá trình đọc tin. Nó kiểm tra các thông tin đã được đọc về tính đúng đắn của hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của số bit trong mã số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện các cấu trúc tin bị lỗi. 2.7 Bộ nhớ chương trình. Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện các bước xử lý song song (xử lý đồng thời) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đã được đọc vào theo thứ tự từng bước (dạng chuyển động, tọa độ điểm kết thúc chuyển động, tốc độ trên đường biên dạng, số vòng quay và chiều quay của trục chính). 2.8 Thông tin hình học. Là hệ thống thông tin điều khiển các hệ thống chuyển động tương đối giữa dao cụ và chi tiết liên quan trực tiếp tới quá trình tạo hình bề mặt, còn gọi là thông tin về đường dịch chuyển (hình dạng đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học muốn tạo ra trên đường dịch chuyển). 2.9 Thông tin công nghệ (Technologual information). Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: Chuẩn hóa các gốc tọa độ, chọn chiều sâu lát cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều quay trục chính vị trí xuất phát của dao đóng hay ngắt mạch tưới dung dịch trơn nguội, mạch đo lường kiểm tra… 2.10 Biểu thị thông tin qua tín hiệu. Một thông tin có thể được trình bày bằng những giá trị hoặc diễn biến giá trị của thông số tín hiệu. Hệ thống tín hiệu chỉ chấp nhận những giá trị số – rời rạc – xác định gọi là các tín hiệu số. III. NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH VÀ CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC 3.1 Nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC. Hệ thống điều khiển số CNC có một máy tính giúp người đứng máy không chỉ khởi động chương trình NC mà còn: Viết và đưa chương trình vào máy. Biến đổi các chương trình đã đưa vào máy. Các kích thước của dụng cụ và của thiết bị kẹp phôi có thể được đưa vào hệ thống CNC khi đặt số liệu mà không phụ thuộc vào chương trình NC. Các kích thước này được thực hiện tự động khi gia công. Do đó người đứng máy cần rất ít thông tin về bản vẽ, khi cần thiết có thể tự chọn dụng cụ và thiết bị kẹp chặt. Ta nhận thấy không có sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống NC và CNC về ngôn ngữ lập trình và công nghệ gia công trên máy công cụ. Do các hành động đều được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã chữ cái cộng các con số và ký tự đặc trưng. Máy công cụ điều khiển theo chương trình số là những máy công cụ làm việc với các hệ thống ngắt và hệ lệnh đường dịch chuyển trên cơ sở cung cấp các dữ liệu của công nghệ gia công cắt gọt ở dạng mã nói trên. Những hệ lệnh này được tổ chức theo một chương trình gia công chặt chẽ chính xác. Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC được thể hiện như trên hình 1: Quá trình xử lý bên ngoài: Từ bản vẽ chế tạo, những thông số kỹ thuật và số liệu công nghệ yêu cầu để gia công chi tiết, được đưa vào chương trình gia công với các bước gia công kế tiếp nhau. Những chương trình gia công chi tiết được số hoá và ghi vào vật mang tin bởi một mã (code) tương thích, để phân biệt với bộ nhớ nôị tại vật mang tin còn gọi là bộ nhớ ngoại vi. Vật mang tin có thể là băng đục lỗ được ghi và đựơc đọc ra một cách tuần tự với tốc độ đọc 120 ký tự/ giây, băng từ (casset) là những dải băng có khả năng nhiễm từ quấn trong một casset và nó có tốc độ đọc từ 400 đến 3000 ký tự/ giây hoặc đĩa từ (disk) có ưu điểm là khai thác nhanh, trực tiếp, đựơc lựa chọn tự do với tốc độ đọc từ 4000 đến 300000 ký tự/ giây. Hình 1: Sơđồ hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC. Qúa trình xử lý bên trong: Tiếp theo là quá trình xử lý bên ngoài là quá trình xử lý bên trong. Các dữ liệu ghi trên vật mang tin được tiếp nhận thông qua bộ đọc, bộ đọc có nhiệm vụ kiểm tra các thông tin đã được đọc về hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của số bít trong mã số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện cấu trúc tin bị mắc lỗi. Các thông tin đuợc bộ đọc kiểm tra và đọc song được chuyển vào bộ nhớ. Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện chuẩn bị các bước song song (xử lý đồng thời) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đã được đọc vào theo thứ tự từng bước (dạng chuyển động, toạ độ của điểm kết thúc chuyển động, tốc độ trên đường biên dạng, số vòng quay và chiều quay trục chính), dung lượng của các bộ nhớ trong các hệ CNC hiện đại cho phép nội dung thông tin của nhiều chương trình con được lưu trữ cùng một lúc trong bộ nhớ. Từ bộ nhớ các thông tin chương trình gia công được chuyển qua bộ nội suy, bộ nội suy có nhiệm vụ tính toán hiệu chỉnh để đảm bảo các dữ liệu của chương trình đọc vào là phù hợp. Bộ nội suy tính toán tọa độ của các điểm trên đường dịch chuyển dọc theo biên dạng cần, đoạn biên dạng giữa điểm khởi xuất và điểm kết thúc mà toạ độ của chúng đã được đưa vào chương trình, để hình thành nên biên dạng của chi tiết cần gia công trong một dung sai xác định. Các tín hiệu điện được bộ đọc chuyển đổi từ các thông tin cần đưa vào thành tín hiệu tương tự (tín hiệu điện), tín hiệu này hình thành giá trị “Cần” của vị trí bàn máy (trong hệ lệnh về hướng dịch chuyển). Giá trị “Cần” được dẫn tới bộ so sánh theo một tuần tự điều khiển xác định. Các giá trị “ Cần“ qua bộ so sánh hình thành giá trị “Thực” về vị trí bàn máy, nó được thu thập thông qua hệ thống đo lường dịch chuyển và cũng được dẫn tới bộ so sánh . Kết quả đưa ra từ bộ so sánh giá trị “ Cần - Thực” trở thành những tín hiệu điều khiển tự động cấp cho hệ thống truyền động, nhằm đạt tới vị trí chính xác mong muốn của bàn máy. Đến khi kết quả so sánh cặp giá trị “ Cần - Thực” bằng “ Không”, tín hiệu điều khiển không còn nữa và hệ thống truyền động ngừng lại. Quá trình trên đây được thực hiện trên nguyên tắc đường tác dụng “ kín” (hình1a). Còn trên hình1b, lại mô tả một hệ điều khiển theo nguyên tắc đường tác dụng hở. Ở đây, các thông tin đã ghi nhận được truyền động thẳng tới hệ truyền động thông qua cụm điều khiển. Giá trị “ Thực” không được thu thập và phản hồi trên đường tác dụng “hở”. Đối với hệ lệnh đóng/ ngắt quá trình cũng diễn ra tượng tự, chúng được ghi nhớ, xử lý và truyền đạt tới các khâu điều chỉnh và những chu kỳ làm việc thích hợp . 3.2 Các dạng điều khiển trong điều khiển số. Các dạng máy công cụ khác nhau, các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi những chuyển động tương đối rất khác nhau giữa dao cụ và chi tiết gia công. Các dạng điều khiển số đó cũng được phân thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn thẳng hay đường thẳng và điều khiển biên dạng phi tuyến (contour). 3.2.1 Điều khiển điểm. Cho phép xác định vị trí dụng cụ theo các điểm đã lập trình với hành trình chạy nhanh của dụng cụ và dụng cụ không ăn vào phôi. Chuyển động trên các trục riêng lẻ, lúc này không có rằng buộc bởi quan hệ hàm số và tốc độ của các yếu tố định vị không phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ. Điều khiển điểm - điểm chủ yếu dùng trong các máy khoan, doa, hàn điểm. Hình 2: Điều khiển điểm - điểm. Khi dụng cụ chạy tới các điểm đích dao bắt đầu cắt. Mục đích cần đạt là các kích thước của các lỗ gia công so với hai trục X, Y phải chính xác, còn các quỹ đạo chuyển động của dao hay bàn máy đều không có ý nghĩa lắm (hình 2). Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời trên hai trục X, Y, quỹ đạo làm với một trong hai trục một góc tương ứng với hai trục đó hoặc có thể điều khiển kế tiếp nhau, tức là theo hai trục riêng rẽ. 3.2.2 Điều khiển đoạn hay đường thẳng. Hình 3: Điều khiển đường thẳng trên máy tiện, máy phay CNC. Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện một lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Điều khiển đường thẳng cho phép bên cạnh dịch chuyển nhanh định vị, còn có một dịch chuyển song song với chiều trục của dụng cụ cắt với lượng chạy dao yêu cầu, khi đó dao ăn vào phôi. Hình 3a là sơ đồ chạy dao trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động song song hoặc vuông góc trục của chi tiết so với trục Z. Trên hình 3b thể hiện sơ đồ máy phay, dụng cụ cắt chuyển động song song với trục X. Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục tức không có quan hệ rằng buộc hàm số. Dạng điều khiển này dùng cho máy phay và máy tiện đơn giản. 3.2.3 Điều khiển theo biên dạng. Nếu giữa điểm bắt đầu một chuyển động và điểm kết thúc nó cần sản sinh ra một biên dạng có ràng buộc bởi các quan hệ hàm số (tuyến tính hay phi tuyến) thì điều khiển số thực hiện chuyển động như vậy thuộc dạng điều khiển biên dạng ( Contour). Dạng điều khiển này đòi hỏi phải có các truyền động biệt lập, điều chỉnh được vị trí theo thời gian thực trên mỗi trục tọa độ và đảm bảo quan hệ phụ thuộc hàm số với các Hình 4: Điều khiển biên dạng trên máy phay CNC. chuyển động đồng thời trên các trục khác. Giá trị cần – ứng với một vị trí tức thời trên một trục – phải được tính toán một cách tuần tự đúng với ràng buộc hằng số của biên dạng cần gia công. Ví dụ trên hình 4 là quá trình phay biên dạng trên máy phay.Trong trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo hai trục để tạo ra một biên dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong. Trong đó các chuyển động theo các trục có quan hệ hàm số rằng buộc với nhau. Dạng điều khiển này ứng dụng trên các máy tiện, máy phay và các trung tâm gia công (máy công cụ tự động đa chức năng có quá trình trao đổi dao tự động, thực hiện nhiều công nghệ khác nhau như khoan, phay, cắt ren, tiện rộng,..).Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công để phân biệt thành điều khiển contour 2D, điều khiển contour 2,5D và điều khiển 3D (D = Dimension hay kích thước). a) Điều khiển contour 2D. Điều khiển contour 2D cho phép các dịch chuyển của dụng cụ cắt theo đường thẳng và cung tròn, dựa vào hai trục cố định. Nếu một máy CNC có ba trục và sự điều khiển contour 2D, thì trục thứ ba chỉ có thể được điều khiển không phụ thuộc vào hai trục kia. Trên hình 5, lượng ăn dao được điều khiển theo trục Z còn phay biên dạng là sự kết hợp giữa hai trục X, Y. Hình 5: Điều khiển 2D. b) Điều khiển contour 2,5D. Cho phép các dịch chuyển của dụng cụ theo đường thẳng và theo cung tròn trong một số mặt phẳng làm việc, nhưng chỉ có thể có hai trục hoà hợp với nhau với sự lưu ý tới các chuyển động giữa chúng. Trên máy phay CNC có ba trục X, Y, Z sẽ điều khiển được đồng thời hoặc X và Y hoặc X và Z hoặc Y và Z. Trên các máy phay điều đó có nghĩa là sự ăn dao có thể thực hiện Hình 6: Điều khiển 2,5D. theo bất kỳ 1 trong 3 trục, trong khi đó giữa hai trục kia dùng sử dụng để phay contour. Hình 6, thể hiện các chức năng trên. Như vậy thông qua chức năng G ( G17, G18, G19 ) của chương trình gia công ta có thể chuyển từ bề mặt gia công này sang bề mặt gia công khác. c) Điều khiển contour 3D. Cho phép đồng thời chạy dao theo cả ba trục X, Y, Z, ( cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc bằng hàm số ). Ta thấy trên hình 7, biên dạng đuợc gia công theo cả ba trục đều có lượng chạy dao theo chúng tạo thành. Điều khiển contour 3D được ứng dụng rộng để gia công các khuôn mẫu chính xác, gia công các bề mặt không gian phức tạp. Hình 7: Điều khiển 3D. Đ2: KHÁI NIỆM VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC. I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC. Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình số viết bằng mã số ký tự chuyên dùng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vi xử lý micropocessor () làm việc với các chu trình thời gian từ 1 đến 20 có bộ nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển số như : Tính toán trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các trạng thái của máy tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng (tuyến tính và phi tuyến tính) thực hiện so sánh giá trị Cần - Thực. 1. Các đặc điểm kết cấu của các máy công cụ điều khiển CNC so với máy công cụ thông thường. 1.1 Máy cộng cụ thông thường. Khi thực hiện gia công trên máy thông thường người công nhân thường phải dùng tay để điều khiển máy, người công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảo bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra Khi gia công trên máy phay thông thường thì năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào rất nhiều tay nghề của công nhân, nếu so với các máy điều khiển số thì máy công cụ thông thường còn rất nhiều hạn chế, tuy nhiên máy công cụ thông thường vẫn được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam với lý do giá thành thấp và thuận tiện cho công việc sửa chữa và cho nền sản xuất còn đang ở trình độ thấp. 1.2 Máy công cụ CNC . Thế hệ sau của máy công cụ thông thường là máy NC (máy điều khiển số), với yêu cầu ngày càng tăng để đưa ra những sản phẩm có chất lượng, gia công hàng loạt trên một máy công cụ. Chính vì thế mà máy công cụ CNC ra đời là bước phát triển từ máy NC. Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển chức năng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào trong bộ nhớ, khi gia công máy tính đưa các câu lệnh vào điều cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ… Tất cả các chức năng trên đều được nhờ một phần mềm của máy tính, các chương trình lập ra đều có thể được lưu trữ vào đĩa cứng hoặc đĩa mềm. So với máy công cụ thông thường thì máy công cụ CNC có khả năng tự động Hình 8: máy phay thông thường và máy phay CNC. hoá, độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm khi gia công rất cao. Quá trình điều khiển chuyển động giữa các trục của máy điều khiển theo chương trình số được các động cơ dẫn động đảm nhiệm, chạy theo biên dạng của chi tiết với chương trình đã được lập còn máy công cụ thông thường các chuyển động phải điều khiển bằng tay (Hình 8 mô tả kết cấu máy phay thông thường và máy phay CNC). 2. Ưu, nhược điểm của máy công cụ CNC và các yêu cầu đặt ra. 2.1 Ưu điểm: So với các máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của máy công cụ CNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển. Người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy. So với các máy tự động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng, cữ chặn, công tắc hành trình…), máy công cụ CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt khi có trợ giúp của máy vi tính, tiết kiệm được thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ. Ưu điểm chỉ có trong máy công cụ CNC đó là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “ điện tử – số hóa “, cho phép nối ghép các hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý của toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ ( LAN) hay mạng liên thông toàn cầu( WAN). Các máy ứng dụng kỹ thuật CNC đạt tốc độ dịch chuyển lớn.Trong lĩnh vực gia công cắt gọt, máy công cụ CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức tự động hoá nâng cao vượt bậc. Máy công cụ CNC có thể dễ dàng thay đổi chương trình gia công, thiết thực với các loại chi tiết khác nhau, thời gian chuẩn bị và hiệu chỉnh kỹ thuật tại khu vực làm việc giảm đáng kể. Thời gian thay dao được thực hiện nhanh chóng, chính xác có thể chuẩn bị dao ở vùng ngoại vi và nạp trở lại vào ổ tích dao chuyên dùng gắn trên máy. Máy điều khiển kỹ thuật số có thể thực hiện một lúc nhiều chuyển động khác nhau, tự động điều chỉnh sai số dao cụ, tự động khiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết. Máy công cụ CNC gia công được loạt chi tiết nhỏ, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điểm quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thể thực hiện được ngoài máy, trong văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi xử lý,…. Đa số các máy CNC đều có thể thực hiện một số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết. Độ chính xác lập lại đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình đảm bảo chất lượng gia công cao, là ưu việt tuyệt đối của các máy điều khiển kỹ thuật số. Bản thân nguyên tắc điều khiển theo chương trình số là đảm bảo cơ bản của độ chính xác gia công trên máy. Ngoài ra máy CNC còn có điều kiện khai thác tối đa các chế độ cắt gọt, các nguyên lý cắt và phương án gá đặt, đảm bảo độ chính xác cao, ổn định chất lượng sản phẩm. Tóm lại sự lựa chọn thế hệ máy CNC ngày nay trở thành một đặc tính cần thiết có tầm quan trọng, quyết định đối với các xí nghiệp công nghiệp. Vì nó có thể đem lại lợi nhuận, khả năng tái sản xuất vá nó có những tính năng cao mà may công cụ thông thường chưa đạt được. 2.2 Nhược điểm. - Giá thành chế tạo máy cao hơn; - Giá mua máy đắt hơn; - Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn; - Vận hành máy phức tạp hơn; - Thay đổi người đứng máy khó khăn hơn; 2.3 Các yêu cầu đặt ra. - Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu thiết kế, chuẩn bị sản xuất và thực hiện gia công chế tạo. - Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn. Một khóa đào taọ về kỹ thuật CNC là phải có, vì máy móc chỉ sử dụng tốt nếu người sử dụng có kiến thức thuần thục. II. CHỨC NĂNG CỦA CNC. 1.Các chuyển động thực hiện dịch chuyển tương đối Dao/Chi tiết. 1.1 Chuyển động đảm bảo tốc độ cắt của dao cụ. Dụng cụ cắt phải đảm bảo chức năng sau : - Truyền một chuyển động tạo ra tốc độ cắt trực tiếp . Truyền một chuyển động chạy dao với một tốc độ nhỏ hơn và theo một hướng khác với hướng tốc độ cắt. Truyền đồng thời cả hai tốc độ cắt và chạy dao theo phương pháp tổ hợp. Giữ cố định trong phương án các chuyển động nói trên truyền cho chi tiết gia công. - Công suất đảm bảo năng lượng tạo hình thay đổi trong khoảng rộng từ vài trăm W đến vài trăm Kw. 1.2 Chuyển động chạy dao. Đảm bảo các dịch chuyển cuả dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công trong các quỹ đạo tương đối giữa chúng. Những quỹ đạo này phụ thuộc vào biên dạng đường cắt của quá trình tạo hình, biên dạng của bản thân dụng cụ cắt và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho chi tiết gia công. Công suất của chuyển động chạy dao thay đổi trong khoảng một vài Kw, trừ trường hợp máy gia công các chi tiết lớn. Với máy công cụ điều khiển số thì các chuyển động nói trên đều được thực hiện bởi các động cơ riêng biệt, được điều khiển độc lập với nhau. 2. Quá trình cấp dao. Các thế hệ CNC ngày nay càng được trang bị các hệ thống cấp dao hoàn chỉnh, trong đó các quá trình cấp dao, chuyển đổi dụng cụ cắt đều được thực hiện một cách tự động. Một tổ hợp các nhóm dao, lựa chọn theo những nhiệm vụ công nghệ dự kiến trước, được Hình 9: ổ tích lũy dao: a): Đĩa hoặc tang quay; xếp vào các ổ tích luỹ dao. A: dụng cụ cắt; B: đĩa nâng dao; C: hốc dao; Từ ổ này, dao được chuyển, D: phần tự kẹp mảnh cắt; E: mảnh cắt; trực tiếp cho kết cấu kẹp F: rãnh chứa; G: phần tử dụng cụ. trên đầu trục chính, hoặc thông qua một tay máy đổi dao, đảm bảo lấy dao vừa cắt xong từ trục chính trở lại ổ tích luỹ và thay vào một dao mới từ ổ dao lắp vào trục chính. Phổ biến có hai loại ổ dao tích lũy dao.Một là ổ dao dạng đĩa hoặc dạng tang quay và ổ dao dạng xích. ổ tích lũy dao kiểu đĩa hoặc tang quay có một dung lượng cố định nhưng bản thân cả đĩa hoặc tang quay có thể thay đổi một cách tự động. ổ tích lũy dao kiểu xích thì có thể thay đổi được số dao chứa ở trong đó. 3. Quá trình cấp chi tiết. a): Hệ thống băng tải chi tiết. b): Hệ thống con lăn. A: Chi tiết cấp vào; B: Tay máy đổi chi tiết, E: Chi tiết mang đI; M: Máy, P: Chi tiết, R: Rôbốt. Hình 10: Hệ thống cấp chi tiết. Đối với nhóm có chi tiết quay:Thì việc tháo lắp chi tiết vừa gia công mới được thực hiện bởi một rô bốt gắn liền với máy. Kết cấu hợp thành toàn máy do đó phụ thuộc vào các chuyển động mà ta yêu c._.ầu rô bốt thực hiện. Các chi tiết gia công xong cũng như các chi tiết thô được đặt trên giá đỡ di động có dạng một băng tải hoặc đặt trên các máng dẫn đảm bảo sự dịch chuyển của chúng theo nguyên tắc trọng lực. Đối với nhóm máy có dao quay: Các chi tiết được gá lắp cố định trên các bàn gá chuẩn. Các bàn gá chuẩn lại được đặt trên các băng tải, dịch chuyển động, để chuyển dao cho bàn máy một cách tự động. Việc chuyển dao giữa băng tải và bàn máy cũng được thực hiện bởi các rô bốt. (a): Chuyển dao bằng bàn quay; (b): Dùng băng tải hoặc xe dẫn hướng. (c): chuyển dao cho trung tâm gia công; B: Trục chính; C: Băng tải; T: Chuyển pallete. Hình 11: Hệ thống chuyển dao. 4. Quá trình bôi trơn, làm nguội và làm sạch. Việc bôi trơn và làm nguội được thực hiện thông qua chương trình điều khiển máy. Nói cách khác các điều kiện phụ trợ của mỗi bước gia công trong quy trình công nghệ cũng được quan tâm khi lập trình như các thông số kỹ thuật cắt gọt và các dữ liệu công nghệ khác. Nó được đưa vào chương trình gia công theo câu lênh M. Việc làm sạch tự động tại các thời điểm thích hợp như các giai đoạn đổi dao, đổi bàn gá lắp hoặc đổi bàn kẹp chuẩn . Các máy CNC đều được trang bị hệ thống khai thác phoi cắt hoặc các phế liệu, phế thải một cách tự động không cần đến lao động của con người . III. CÁC HỆ TRỤC TỌA ĐỘ VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN TRONG MÁY CNC. Chương trình điều hành cơ bản của hệ thống điều khiển số bao gồm các dữ liệu sau: Nạp dữ liệu chương trình. Ghi nhớ các dữ liệu. Xử lý các dữ liệu để nhận được chuyển động của máy và các chức năng phụ. Điều khiển các chuyển động trên máy. Một phần không thể thiếu trong cấu trúc chương trình làm việc trên máy công cụ CNC là hệ thống toạ độ và các điểm chuẩn. Để xách định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy trong phạm vi của chi tiết gia công một cách rõ ràng, người ta đưa vào hệ toạ độ và các điểm chuẩn gốc của máy công cụ CNC như sau . 1. Hệ trục toạ độ của máy công cụ CNC. Các trục toạ độ của máy công cụ CNC cho phép xác định chiều chuyển động của cơ cấu máy và dụng cụ cắt thể hiện trên hình 12. Các trục toạ độ đó là X,Y, Z chiều dương của X,Y, Z được xác định theo quy tắc bàn tay phải (trên hình13a và hình 13b ) theo nguyên tắc này thì ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X, ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y, ngón giữa chỉ chiều dương cuả trục Z, các trục quay tương ứng với các trục X,Y, Z được ký hiệu bằng các chữ cái A, B, C chiều quay dương là chiều quay theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dương của các trục X,Y, Z. a) Trục Z. Nói chung ở các máy trục Z luôn song song với trục chính của máy. Máy tiện: Trục Z song song với trục chính của máy và có chiều dương chạy từ mâm cặp tới dụng cụ (chiều từ trái sang phải ). Máy khoan đứng,máy phay đứng: Trục Z song song với các trục chính và có chiều dương hướng từ bàn máy lên phía trục chính. Các máy bào: Trục Z vuông góc với bàn máy và có chiều dương hướng từ bàn máy lên phía trên . Các máy phay có nhiều trục chính: Trục Z song song với đường tâm trục chính vuông góc với bàn máy (chọn trục chính có đường tâm vuông góc với bàn máy làm trục Z) chiều dương của trục Z trong trường hợp này hướng từ bàn máy tới trục chính. b) Trục X. Trục X là trục nằm trên bàn máy và thông thường nó được xác định theo phương ngang. Chiều của trục X được xác định theo quy tắc bàn tay phải (ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X). Máy phay đứng, máy khoan đứng: Nếu đứng ngoài nhìn vào trục chính thì chiều dương của trục X hướng về phía bên phải . Máy phay ngang: Nếu đứng ngoài nhìn thẳng vào trục chính thì chiều dương của trục X hướng về phía bên trái còn nếu đứng ở phía trục chính để nhìn vào chi tiết thì có chiều dương của trục X hướng về phía bên phải. Máy tiện: Trục X vuông góc với trục máy và có chiều dương hướng về phía bàn kẹp dao (hướng về phía dụng cụ cắt). Như vậy bàn kẹp dao ở phía trước trục chính thì trục chiều dương của trục X hướng vào người thợ, còn nếu bàn kẹp dao ở phía sau trục chính thì chiều dương đi xa khỏi người thợ . Máy bào: Trục X nằm song song với mặt định vị của chi tiết trên bàn máy và chiều dương hướng từ bàn máy về thân máy . c) Trục Y . Trục Y được xác định sau khi xác định được trục X, Z, theo quy tắc bàn tay phải, ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y. d) Các trục phụ. Trên các máy CNC ngoài các trục X, Z, Y còn các trục toạ độ khác song song với chúng (các bộ phận máy khác dịch chuyển song song với các trục X,Y, Z ). Các trục này được ký hiệu là U,V, W trong đó U // X,V//Y,W//Z. Nếu có các trục khác nữa song song với toạ độ chính X,Y, Z thì các trục này được ký hiệu P, Q, R trong đó P//X, Q//Y, R//Z. Các trục U,V, W được gọi là trục thứ hai còn các trục P, Q, R được gọi là trục thứ ba (hình 13). Khi chi tiết gia công cùng bàn máy tham gia chuyển động thay cho dụng cụ cắt thì các chuyển động ấy (chuyển động tịnh tiến theo ba trục và chuyển động quay quanh ba trục) được ký hiệu bằng các chữ cái X’,Y’, Z’, và A’, B’, C’. Các chiều chuyển động này ngược chiều với chiều chuyển động của dụng cụ cắt. 2. Các điểm O và các điểm chuẩn . Vị trí chính xác của các hệ thống toạ độ do các điểm O quyết định và các điểm chuẩn cần xác định chính xác trong vùng làm việc của máy nhằm đảm bảo chính xác chi tiết khi gia công. a) Điểm O của máy M. Hình 14: Điểm M của máy phay đứng. Điểm O (điểm chuẩn M của máy) của máy là điểm gốc của hệ toạ độ máy. Điểm M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy. Điểm M là điểm giới hạn của vùng làm việc của máy, ở các máy phay điểm M thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy. Điểm chuẩn M (điểm O của máy) của máy khoan cần và máy khoan đứng được thể hiện trên hình 14. b) Điểm O của chi tiết. Điểm O của chi tiết là gốc của hệ toạ độ gắn lên chi tiết, vị trí của điểm W do người lập trình lựa chọn và xác định. Song người lập trình cần phải xác định sao cho các kích thước trên bản vẽ gia công trực tiếp là các giá trị toạ độ của hệ thống toạ độ. Nếu hệ thống của toạ độ chi tiết và hệ thống toạ độ máy khác loại thì các toạ độ của chi tiết Hình 15: Điểm O của chi tíêt. phải chuyển sang hệ toạ độ của máy: Ví dụ trong một bản vẽ chi tiết gia công vừa có toạ độ cực thì trước khi gia công phải tính toán và chuyển đổi các hệ toạ độ cực thành các toạ độ đề các. Đối với các chi tiết phay để hợp lý nên chọn điểm O của chi tiết tại điểm góc ngoài cùng của đường viền chi tiết, trên các chi tiết đối xứng nên chọn tại trục đối xứng (hình 15). c) Điểm O của chương trình PO. Điểm O của chương trình là điểm mà dụng cụ sẽ ở đó trước khi chi tiết gia công. Để hợp lý điểm O của chương trình được chọn sao cho chi tiết gia công hoặc dụng cụ có thể thay đổi một cách dễ dàng. d) Các điểm chuẩn của máy R. Điểm chuẩn R là điểm xác định trong vùng làm việc của máy công cụ mà khoảng cách từ nó đến điểm O của máy M cần được biết chính xác. Điểm chuẩn R được đặt mốc trên mỗi trục, nhờ cữ chặn cố định hoặc cữ chặn có thể điều chỉnh theo từng bước không đổi. Thể hiện trên hình 14. Điểm chuẩn là cần thiết trong trường hợp hệ điều khiển dùng phép đo kiểu gia số. ở đây, cứ mỗi lần đóng mạch điều khiển thì các trục phải được chạy về điểm chuẩn của nó, có như vậy hệ điều khiển mới có một điểm khởi xuất, từ đó bắt đầu đếm các gia số. Để khắc phục những sai số cắt gọt khi đảo chiều công tác, dịch chuyển trở về điểm chuẩn R luôn luôn thực hịên theo cùng một chiều và theo chế độ chạy dao chậm (hình 16). Khoảng cách giữa điểm chuẩn R và điểm O của máy M được thông báo cho hệ điều khiển thông qua dữ liệu điều chỉnh máy. Các giá trị tốc độ chạy về điểm chuẩn cũng như tốc độ của hành trình chạy dao chậm trên từng trục, phụ thuộc vào các số liệu kỹ thuật của bàn máy như khối lượng bàn máy. Chiều dài đoạn dịch chuyển trở về điểm chuẩn R, cũng được thông báo cho hệ điều khiển thông qua dữ liệu điều chỉnh máy. e) Điểm tỳ A. Điểm tỳ A là giao điểm của các đường trục mặt phẳng tỳ. Trên các máy tiện, mặt phẳng tỳ nằm ngay tại mâm cặp hoặc chấu cặp, có thể điểm A trùng lập với điểm W (hình 17). g) Điểm thay dao WW. Để tránh va đập vào chi tiết gia công khi thay dao tự động phải chạy đến điểm thay dao, hình 18. h) Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gá dụng cụ N. Khi sử dụng nhiều dao, các kích thước của dao phải được xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao, để có thông tin đưa vào trong hệ thống điều chỉnh nhằm hiệu chỉnh tự động kích thước dao. Khi dao được lắp vào giá dao thì điểm E và điểm N trùng nhau (Hình 19). Hình 19: Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gá dụng cụ N. i) Điểm chuẩn của giá dao T. Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao, điểm T phụ thuộc vào việc gá đặt dao trên máy. Thông thường khi gá dao trên máy thì điểm T trùng với điểm lỗ gá dụng cụ N. j) Điểm cắt của dao P. Để xác định vị trí của dao trong vùng làm việc của máy, ta xác định điểm chuẩn P của dao. Điểm này là điểm đỉnh dao thực hay lý thuyết, trên hình 20 trình bày các vị trí điểm chuẩn P của dao cho các dao khác nhau quay hoặc không quay. k) Điểm chuẩn của bàn trượt F. Tất cả các điểm ở trên bàn máy đều liên quan đến điểm chuẩn này để xác định các kích thước có liên quan. Dưới đây là một ví dụ về vị trí các điểm O, các điểm chuẩn trên máy tiện và bảng ký hiệu các điểm chuẩn đó. Hình 21: Vị trí các điểm chuẩn và điểm 0 trên máy tiện. Những khái niệm cơ bản về điều khiển số trong máy công cụ CNC, sự khác biệt giữa máy công cụ thông thường và máy công cụ điều khiển số CNC, những ưu điểm, chức năng của máy công cụ CNC. Những vấn đề trên được trình bày trong chương I, giúp ta hình dung, hiểu sâu về hệ thống điều khiển số trên máy công cụ. Ta nhận thấy rằng, khi gia công trên máy công cụ thông thường, các bước gia công chi tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều khiển số vòng quay, lượng chạy dao, kiểm tra vị trí của dụng cụ cắt để đạt được kích thước cần gia công trên bản vẽ…. Chất lượng của chi tiết gia công phụ thuộc nhiều tay nghề của người thợ, thời gian gia công chi tiết nhiều hơn,… Máy công cụ điều khiển theo chương trình số thì quá trình gia công thực hiện một cách tự động, trước khi gia công người điều khiển máy đưa vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh điều khiển được mã hoá. Hệ thống điều khiển số cho khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển trên các bàn trượt của máy. Tính tối ưu hoá của điều khiển số trong máy công cụ là lập các chương trình để thực hiện một loạt các hoạt động ở một chế độ được xác định trước nhằm tạo ra chi tiết có các kích thước và các thông số vật lý có thể hoàn toàn dự báo trước. Ưu điểm của máy công cụ điều khiển số nó có thể thay đổi được chương trình gia công, có thể lập trình một chương trình mới ngay trên máy bên cạnh một chương trình đang gia công…. Trong nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC, gồm các bộ điều khiển trong đó có các bộ chính như: bộ nội suy, bộ so sánh, hệ thống truyền động và hệ thống đo. Các bộ đều có những nhiệm vụ nhất định và chúng có quan hệ rằng buộc với nhau.Vì giới hạn của đề tài nghiên cứu em xin trình bày bộ nội suy và hệ thống truyền động trong máy điều khiển số. CHƯƠNG II BỘ NỘI SUY VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ß1: BỘ NỘI SUY I. KHÁI NIỆM, NHIỆN VỤ, CÁC BỘ NỘI SUY VÀ CÁC DẠNG NỘI SUY. 1. Khái niệm chung. Trong các máy công cụ điều khiển theo chương trình số những đường tác dụng giữa dao cụ và chi tiết được hình thành nhờ các dịch chuyển trên nhiều trục. Để sản sinh một đường cong trên một máy điều khiển theo chương trình số, giữa các chuyển động trên từng trục riêng lẻ phải có một quan hệ hàm số (điều khiển phi tuyến). Các điểm tựa phải nằm dày đặc đến mức sao cho đường cong mô Hình 22: Nội suy trong chuyển động phi tuyến. tả chính xác và không có vị trí nào vượt qua vùng dung sai cho phép. Trái với các hệ điều khiển đơn giản như dạng điều khiển điểm và đường thì số dữ liệu cần thiết là rất lớn. Nội suy chỉ có thể làm việc theo nguyên tắc số. Nó có thể được thực hiện bằng các mạch logíc nối cứng (chương trình hoá các mỗi liên hệ NC) hoặc bằng các phần mềm nội suy được lập trình (CNC).Trên hình 22, đường cong nội suy được thực hiện ở hai mức: Mức thứ nhất được thực hịên nhờ một phần mềm nội suy xác định toạ độ các điểm trung gian giữa điểm đầu và điểm cuối của một đoạn biên dạng đã được đưa ra trước trong chương trình (P1, P2, P3) còn mức thứ hai là nội suy tinh xác, thực hiện tiếp theo nội suy tuyến tính giữa các điểm trung gian (P11, P12, P13,..). Bộ nội suy thực chất là một máy tính phát hàm số, nó đưa ra các lệnh thích hợp với điều khiển ban đầu, điều khiển chạy dao trên các trục tọa độ riêng lẻ, trùm lên một quỹ đạo cong cho trước theo mong muốn. 2. Nhiệm vụ của bộ nội suy. - Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên dạng cho trước trong một giới hạn dung sai xác định cho trước. - Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi. Thông thường những yếu tố biên dạng cơ bản có trong các chi tiết kỹ thuật là những đoạn thẳng và những đường cong. Tương ứng với thực tế đó, các bộ điều khiển số thường chỉ giới hạn trong bộ nội suy tuyến tính và bộ nội suy vòng. - Tốc độ đưa ra tọa độ vị trí trung gian phải phù hợp với tốc độ chạy dao cho trước. - Đi tới một cách chính xác các điểm kết thúc chương trình đã đưa ra trước chương trình. 3. Bộ nội suy trong, bộ nội suy ngoài. Bộ nội suy về cơ bản là một máy tính đơn chức. Tùy theo bộ nội suy nằm trong hay ngoài tủ điều khiển của máy, tức là sử lý bên trong hay bên ngoài máy và được gọi là bộ nội suy trong hoặc bộ nội suy ngoài. Ở bộ nội suy ngoài, có các thiết bị sử lý số dùng vào việc chương trình hóa đảm nhiệm luôn chức năng nội suy. Trong trường hợp này vật mang chương trình, phải chứa thông tin toàn bộ các điểm riêng lẻ của đường cong. Vật mang tin được dùng chỉ có thể là băng từ hoặc chương trình xử lý bằng nối ghép trực tiếp, không cần bộ nhớ trung gian. Ưu điểm của nội suy ngoài là ở chỗ, nội suy có khả năng phục vụ nhiều máy và tiêu hao trên bản thân mỗi máy giảm đáng kể. Nội suy trong đòi hỏi cho mỗi máy phải có riêng một cụm điện toán. Chỉ có những điểm tựa mang tính đặc trưng của đường cong cũng như các dữ liệu về dạng nội suy là được chương trình hóa. Vì vậy ngay có phương tiện cổ điển bằng đột lỗ cũng đủ để làm vật mang tin. Bộ nội suy trong sẽ sản sinh ra vô số các điểm trung gian. Tốc độ tính toán được xác định bởi tốc độ chuyển động chạy dao trên máy công cụ. Để xét tính tối ưu của các phương pháp ta dựa vào các chỉ tiêu sau: Trên phương diện kinh tế, khả năng tiện lợi khi sử dụng cũng như thiết kế kỹ thuật và được xác định trước hết bởi phạm vi của thiết bị điều khiển số. Đến nay các máy CNC đều làm việc phổ biến với bộ nội suy trong. Tuy nhiên trong các hệ thống gia công điều khiển số lớn hơn thì việc điều khiển trực tiếp nhờ một máy tính xử lý quá trình kinh tế hơn. Máy tính này cũng thực hiện chức năng nội suy ngoài. Về mặt kỹ thuật vấn đề nội suy có thể được giải quyết bằng các thiết bị điện toán làm việc theo kiểu số hoặc kiểu tương tự. Bộ nội suy làm việc kiểu tương tự thì đơn giản trong chế tạo nhưng chứa đựng nhiều nhược điểm của kỹ thuật tương tự, nhất là độ chính xác rất hạn chế. Do vậy khoảng cách các điểm tựa (điểm trung gian) phải được chương trình hóa dày đặc hơn nhiều so với bộ nội suy làm việc kiểu số. Do sự đòi hỏi có độ chính xác cao cho những chiều dài đoạn nội suy lớn ngày nay chỉ còn dùng bộ nội suy làm việc kiểu số . 3. Các dạng nội suy. Các hàm số cần sản sinh từ bộ nội suy chủ yếu là các đường thẳng và đường cong, đó là những biên dạng của các yếu tố kết cấu thường dùng còn các đường cong bậc cao như các parabol hay hypecbol thường không được thực hiện trong các hệ điều khiển số vì chúng hầu như không có trong các đòi hỏi thực tế. Về mặt tính toán có ưu điểm là quan tâm đến các sai lệch của dụng cụ cắt (ví dụ bán kính dao phay) các khoảng cách đối xứng giữ được những giá trị ngang bằng. Ngoài ra còn sử dụng được “ đường cong chuẩn “. Thông thường trong các máy công cụ điều khiển số là dạng nội suy thẳng và nội suy vòng (nội suy tuyến tính và nội suy phi tuyến – hình 23). Hình 23: Nội suy tuyến tính và nội suy vòng. 1. Nội suy tuyến tính: AL. Điểm khởi xuất của chuyển động tuyến tính; BL. Điểm đích của chuyển động tuyến tính; 2. Nội suy vòng: AC. Điểm khởi xuất của chuyển động cong; BC. Điểm đích của chuyển động cong; M. Tâm của chuyển động cong. Với dạng nội suy thẳng và nội suy vòng, có thể thực hịên được những khả năng như sau: - Nội suy thẳng hai trong n trục. - Nội suy thẳng theo n trong n trục. - Nội suy vòng theo 2 trong n trục. Nội suy vòng theo 2 trong n trục đồng thời với nội suy thẳng theo một trục vuông góc với mặt phẳng của đường tròn nội suy (nội suy theo đường xoắn ốc). Việc tính toán các hàm số ở dạng số có thể thực hiện theo hai phương pháp cơ bản sau: a) Thông qua tính toán hàm số trực tiếp trong đó, đường cong được đưa ra ở dạng toán học bởi hàm bất khả biến: F ( x,y,z) = o ở đây sau mỗi bước nội suy được kiểm tra ngay xem vị trí thực mới so với đường cong đưa ra có sai lệch không? Sai theo hướng nào? Sau đó quyết định hướng điều chỉnh tiếp theo được thực hiện theo trục tọa độ nào và theo hướng nào? b) Trình bày các thông số của đường cong là hàm số theo thời gian thực: x = x (t); y= y (t); z = z (t); Xuất phát từ phương trình vi phân của đường cong, chuyển động các phương trình riêng của hệ sang phương trình vi phân để tính toán bằng số, rồi với sự trợ giúp của bộ nội suy số sẽ tìm ra các giá trị chạy dao trên từng trục riêng lẻ thông qua tổng vi phân. II. PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY. Để xác định giá trị cần về vị trí các trục riêng lẻ, người ta ứng dụng các phương pháp nội suy khác nhau. Một trong các phương pháp nội suy thông dụng nhất là phương pháp “ phân tích vi phân số” DDA ( Digital Differential Analyse). Phương pháp này thực hiện nội suy số tính theo các gia số tốc đô. Ta có hai phương pháp nội suy hay ding đó là: Phương pháp nội suy thẳng và phương pháp nội suy vòng. 1. Nội suy thẳng theo Phương pháp DDA. Hình 24: Nội suy tuyến tính theo phương pháp DDA. A. Điểm khởi xuất; E. Điểm đích; L. Chiều dài quãng đường; u. Tốc độ chuyển động hình thành; VX, VY. Tốc độ chuyển động trên các trục X và Y. Một con dao cần chuyển động giữa điểm khởi xuất PA và điểm kết thúc PE theo một đường thẳng với tốc độ chạy dao u xác định. Trong thời gian T = L/u, các đoạn đường thành phần ( xE – xA ) và ( yE – yA ) phải được thực hiện. Để tính toán giá trị cần về vị trị hay tọa độ vị trí các điểm trung gian cần được tính như một hàm số theo thời gian dưới dạng phương trình đường thẳng: Ở đây thời gian T được chia thành các khoảng đủ nhỏ, phép tích phân cho phép thay bởi phép cộng số: n = 1, 2, 3, ……., N Với mỗi bước cộng, giá trị về vị trí lại tăng thêm một bước bằng hằng số. Để đảm bảo độ chính xác của biên dạng nội suy, các bước cộng buộc phải nhỏ hơn suet đơn vị của truyền động chạy dao: hoặc Trên các máy công cụ điều khiển số, thông thường . Với các dữ liệu đưa vào bộ nội suy xE, yE, xA, yA, u, , ta lập được sơ đồ khối của nội suy tuyến tính được tính toán theo phương pháp DDA. Dữ liệu đầu vào: xE, yE, xA, yA, u, (xE – xA); (yE- yA) Đúng (xE - xA) > (yE - yA) Sai Bước cộng tiếp theo & Kết thúc Hình 25: Sơ đồ khối của nội suy tuyến tính. Ví dụ: Xác định các thống số nội suy của chi tiết khi phay từ điểm PA đến điểm PE như trên hình vẽ: Hình 26: Nội suy tuyến tính của chi tiết trên máy phay. Với chi tiết được phay như trên hình 26, các giá trị nội suy cho chuyển động tuyến tính PA đến điểm PE phải được xác định. Suất đơn vị của truyền động chạy dao trên mỗi trục là . Toạ độ của các điểm gốc của biên dạng, tính theo gốc W là: PA: xPA = 16; yPA = 35. PE: xPE = 53; yPE = 65. Chiều dài của biên dạng cần nội suy: Thời gian nội suy: Đại lượng tối thiểu của N: max của hoặc max của phải hay 0,001 mm, N được làm tròn đến lũy thừa mũ 10 tiếp theo, do đó N = 100000 và khoảng thời gian cho mỗi bước cộng là: Tần số nội suy f từ đó được xác định: Giá trị của các điểm Pn trong khi nội suy sẽ là: với 2. Nội suy vòng theo phương pháp DDA. Phương pháp nội DDA cũng được ứng dụng trong nội suy vòng: Giả sử cần chạy cắt một đường cong, một con dao chạy từ điểm khởi xuất PA đến điểm đích PE với thời gian chuyển động từ PA đến PE là T. Các điểm trung gian trên bien dạng phải được xác định từ bộ nội suy trong mỗi quan hệ phụ thuộc vào thời gian chạy cắt được thể hiện trên hình 27. Ta có phương trình chuyển động của các điểm trung gian P(x, y): Trong đó: R: Bán kính của đoạn cong. : Tốc độ góc. Hình 27: Nội suy vòng. PA: Điểm khởi xuất; PE: Điểm đích; P: Điểm thuộc đường cong; T: Thời gian chuyển động từ PA đến PE; t: Thời gian chuyển động từ PA đến P; V: Tốc độ chạy dao. Đường cong giới hạn đi từ điểm PA đến điểm PE với một tốc độ chạy dao không đổi V. Diễn tả thông số cần thiết của phương trình đường cong trong sự phụ thuộc thời gian có thể rút ra từ tốc độ góc. với vận tốc góc khôngđổi ta có, Lấy tích phân theo thời gian, ta có các tốc độ thành phần trên từng trục riêng lẻ như sau: Từ đó rút ra các phương trình tích phân tương ứng là: Với độ chính xác đủ dùng, phép tích phân trên có thể thay thế bởi phép cộng các gia số đường dịch chuyển: Ở đây thời gian chạy toàn vòng T được chia thành các khoảng thời gian thích hợp thông qua một tần số chu kỳ được tính như sau: Với: Do đó phương trình trên sẽ là: Trong đó , là những gia số cần cộng lại trong các bộ tích phân. Nội suy tuyến tính các gia số là không đổi, nội suy vòng các gia số biến thiên theo các toạ độ chạy x và y. Điều đó được thực hiện bởi đầu ra của mỗi bộ tích phân được dẫn động trở lại đầu vào của bộ tích phân khác. Khi phát ra mỗi xung thì các gia số này có thể được cộng vào hay trừ đi chính nó với giá trị đã tồn tại trong bộ ghi. Nội suy vòng theo phương pháp DDA thường xuất hiện một sai lệnh, vì các bộ tích phân làm việc theo công thức hình chữ nhật. Mỗi điểm tính toán thông qua nội suy vòng không nằm chính xác trên đường cong mà nằm ở những điểm lân cận của đường cong, sai lệch sẽ tăng lên cùng với chiều dài nội suy. , Để khắc phục ta lên chia các đoạn cong thành các đoạn cong nhỏ coi chúng như đoạn thẳng. Đ2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ I. CÁC DẠNG CHUYỂN ĐỘNG CHẠY DAO TRONG MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ. Nhiệm vụ cuả truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh về đường dịch chuyển cùng thông số tốc độ trên đường dịch chuyển đã xác định trước, trong chương trình gia công chi tiết thành chuyển động phù hợp của các bàn chạy dao trên máy công cụ. Chạy dao trên máy công cụ điều khiển số có thể làm việc theo nguyên tắc như điều khiển vị trí (mạch hở - dùng động cơ bước phản hồi) hoặc điều khiển và điều chỉnh vị trí (mạch kín, có vòng phản hồi của hai hay nhiều đại lượng điều khiển). Đối với hệ điều khiển vị trí kiểu mạch hở được đặc trưng bởi một quá trình tác dụng tuyến tính: mỗi một xung tác động tạo ra một bước chạy dao tương ứng và hệ điều khiển không có thông tin phải hồi. Do đó khó có thể xác định các bước chạy dao có thể thực hiện một cách đúng đắn với biên dạng đã mô tả, chính vì vậy làm giảm độ chính xác của quá trình điều khiển. Điều khiển vị trí kiểu mạch hở có thể ứng dụng trong dạng điều khiển điểm và điều khiển đoạn thẳng và với các điều kiện lực cản trên đường dịch chuyển là ổn định và không đáng kể hoặc không có tác dụng của lực cản khi chạy dao. Trong các máy công cụ cắt gọt kim loại, điều kiện này thường không thể có được vì ở đây tồn tại hàng loạt các đại lượng ảnh hưởng và tác động (không tính được) đến lực cản trong quá trình chạy dao: độ bền khác nhau của vật liệu gia công, lượng dư gia công khác nhau và các trạng thái thay đổi của mảnh cắt dao cụ…. Bởi vậy trong đó các máy công cụ điều khiển số hầu như chỉ ứng dụng chạy dao điều khiển vị trí kiểu mạch kín có phản hồi của ít nhất hai thống số điều khiển. Và nhờ có sự giám sát vị trí chạy dao tức thời mà có thể so sánh các giá trị về vị trí cần và thực, nhờ các hệ thống đo này mà có thể nhận biết được các sai lệch gia chúng mà điều chỉnh cho cân bằng. II. TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH VÀ CÁC DẠNG TRUYỀN ĐỘNG. 1.Truyền động điều chỉnh. Trong máy công cụ điều khiển theo chương trình số, thì sự chuyển động của dao đã được số hóa qua các thiết bị truyền động dao, nhưng để đạt được độ chính xác như mong muốn thì trong hệ thống của máy điều khiển số vẫn cần phải hiệu chỉnh chuyển động nhờ một bộ truyền động điều chỉnh. Truyền động điều chỉnh của một máy công cụ tự động là phải tạo điều kiện cho bàn máy chạy dao thực hiện theo một chương trình làm việc cho trước. Do đó truyền động hiệu chỉnh cần phải thực hiện các chức năng sau: - Đi tới một vị trí với một độ chính xác cao. - Đi tới một vị trí xác định với một tốc độ cao nhất có thể nhằm loại bỏ bớt một số thời gian phụ. Ngoài ra đối với điều khiển chép hình và điều khiển phi tuyến do tính chất đường là phức tạp, tồn tại nhiều đường cong bậc cao và để gia công những mặt bậc cao này đòi hỏi phải thông qua việc điều chỉnh tốc độ. Chính vì thế nếu thực hiện được các nhiệm vụ trên thì không phải các khâu truyền động đều có cùng một mức độ như nhau mà là kết hợp từ nhiều dạng. Từ kết cấu ta có thể chia truyền động điều chỉnh thành các dạng truyền động sau: Truyền động điều chỉnh điện - cơ phân cấp. Truyền động điều chỉnh điện vô cấp. Truyền động bước. 2. Các dạng truyền động. 2.1 Truyền động điều chỉnh phân cấp. Trong hệ thống truyền động thì truyền động điều chỉnh phân cấp được dùng thực hiện nhiệm vụ điều khiển điểm và điều khiển đường, nó gắn liền với một mạch công tắc. Tín hiệu đóng/ ngắt trong điều khiển bằng công tắc hành trình là do các vấu tỳ, còn trong điều khiển CNC là do bộ so sánh phát ra, với mạch công tắc này ta có thể đạt được độ chính xác và định vị mong muốn nếu tốc độ đi tới điểm định vị đó một cách hợp lý tức là không được lớn hơn tốc độ cho phép. Để rút ngắn thời gian đi tới điểm định vị, trong máy công cụ điều khiển số thì quá trình đi tới được thực hiện qua nhiều cấp độ. Với các máy công cụ thông thường từ trước đến nay vẫn thực hiện chuyển động chạy dao bằng các cặp bánh răng có ly hợp đóng ngắt, kết cấu của chúng vẫn được sử dụng đối với các loại máy tự động hóa, nếu như cặp bánh răng này được điều khiển từ xa thông qua các bộ li hợp điện tử, thủy lực hoặc khí nén. Phạm vi điều chỉnh của một hệ thống truyền động như vậy được xác định theo độ lớn của tốc độ chạy dao nhanh và yêu cầu tốc độ chạy dao chậm cần thiết. Hành trình chạy dao nhanh nhằm giảm bớt thời gian phụ có thể với đoạn dịch chuyển lớn (quá trình cần tới của dao là dài) thì cần có tốc độ nhanh nhất có thể được (25 m/phút). Hành trình chạy chậm cần cho quá trình định vị được chính xác hơn, nhằm đảm bảo tối đa quá trình chạy quán tính. Nó được tính toán theo độ chính xác yêu cầu và tùy theo đặc tính của từng máy (3mm/phút). Điều đó tương đương với một tỷ số khác biệt của tốc độ chạy dao tới khoảng 8500:1. Giữa khoảng đó là tốc độ chạy dao cần thiết của một hệ điều khiển đường. Tuy nhiên phạm vị điều chỉnh thờng không vượt quá 160:1. Với hệ điều khiển điểm, cũng có đủ hành trình chạy dao nhanh và chạy dao chậm. Tuy nhiên, hành trình chạy dao nhanh cần được ngắt trước khi đến vị trí Cần. Nếu hành trình chạy dao nhanh mãi cho đến rất gần vị trí cần mới được ngắt và hãm lại rồi mới chuyển sang hành trình chạy dao chậm, như thê sẽ có nguy cơ vượt quá giá trị Cần do gây ra sự chạy quán tính của quá trình ngắt và phanh hãm. Ví dụ: nếu một dụng cụ ngắt mạch thực hiện đóng ngắt đa ra với mức phân tán 10 m/s và trong hành trình chạy dao 5 m/phút, thì khả năng vượt qúa giá trị Cần có thể vượt tới 0,8 mm, ngoài ra còn có sự phân tán về thời gian tác động của bộ phanh, cũng như các thời điểm phanh khác nhau trên đường dịch chuyển và trên các yếu tố truyền động của máy. Để có được một quá trình đi tới vị trí Cần một cách tối ưu nhất khi dùng truyền động điều khiển phân cấp phải có mạch điều chỉnh, số lượng cấp tốc độ trung gian làm tiêu hao cho kỹ thuật điều khiển, nhằm xác định trước các điểm ngắt trước để có thời gian Hình 28: Quá trình đi tới điểm cần. cách chuyển từ hành trình chạy nhanh sang hành trình chạy chậm một cách hợp lý. Vì thế người ta giới hạn thường chỉ có một hoặc hai cấp trung gian. Quá trình đi tới đối với điều khiển điểm chỉ có một cấp trung gian được trình bày về nguyên tắc trên hình 28. Chạy dao nhanh V1, tốc độ chạy dao trung gian V2 và tốc độ chạy dao chậm V3 lập thành quan hệ: Quan hệ trên sẽ đạt được thời gian định vị ngắn nhất với độ chính xác mong muốn. Ngoài ra người ta cũng đa ra một phương pháp tính chính xác để tối ưu hóa các cấp trung gian nhiều tùy ý, hành trình chạy dao chậm ở đây được lựa chọn sao cho không vượt quá U còn tồn tại nhỏ nhất, có thể nhờ đó đạt được độ chính xác trong định vị cao.Trong điều khiển CNC tốn kém hơn nhằm nâng cao độ chính xác dừng, đoạn dịch chuyển còn được hệ thống đo thu thập số liệu hỗ trợ và được xử lý tính toán khi chạy tới vị trí tiếp theo sau đó. Quá trình phân cấp cũng được ứng dụng trong điều khiển đường vì đặc tính thời gian đã mô tả, trong đó từ một tốc độ chạy dao công tác được ngắt, giảm dần tốc độ bởi một hay nhiều cấp độ trung gian. Trong lúc đi tới một vị trí thì dao cụ vẫn đang cắt gọt, cũng vì thế độ chính xác gia công yêu cầu có một hành trình chạy nhỏ chậm thích hợp. 2.2 Truyền động điều chỉnh vô cấp. 2.2.1 Những ưu điểm của truyền động điều chỉnh vô cấp. Máy công cụ thông thường khi thiết kế để đưa ra một kết cấu máy thích hợp cũng có những yêu cầu về kích thước máy phải nhỏ gọn, ít tốn kém cho chi phí sản xuất và sự sắp xếp hệ thống truyền động được tính toán bố trí sao cho truyền động chính đến các bàn máy là tối ưu nhất. Với những lý do trên ta không thể bố trí mỗi một bàn máy có một hộp truyền động riêng. Ta có thể dẫn truyền động từ trục chính đến các bàn máy thông qua các xích động phân nhánh ngắn, để phù hợp với yêu cầu trên đòi hỏi các bàn máy phải được bố trí gần sát nhau với khả năng c._.thể phải nhập thêm cả lượng chạy dao F, hướng chạy dao DR- , DR + và các hàm phụ M. Ví dụ: 5 CC X + 25 Y + 25 6 L X + 5 Y + 25 RL F200 M3 7 C X + 45 Y + 25 DR - Khi lập trình gia công cung tròn, TNC gắn cung tròn đó trên một trong những mặt phẳng chính. Mặt này tự động được xác định khi lập dữ liệu cho trục ở lệnh gọi dao. Trục: mặt phẳng chính. Z XY (hoặc UV, XV, UY). Y ZX (hoặc WU, ZU,WX). X YZ (hoặc VW, YW, VZ). Hướng khi gia công cung tròn: Khi cung tròn cần gia công không có chuyển tiếp là tiếp tuyến với một đường khác, ta phải nhập hướng để gia công cung tròn DR, nếu hướng quay thuận chiều kim đồng hồ là DR-, còn nếu hướng quay ngược chiều kim đồng hồ là DR+. Bù bán kính dao. Nếu trong quá trình gia công ta cần bù bán kính dao cụ thì ta phải khai báo lệnh bù dao trước dòng lệnh chứa toạ độ đầu tiên của biên dạng cần gia công. Ta cũng không thể bù bán kính khi đang gia công cung tròn mà phải bù bán kính trước đó bằng lệnh tiến dao thẳng hay đoạn chương trình tiếp cận (APPR block). d) Lệnh gia công cung tròn, với bán kính cho trước CR. Lệnh này cho phép ta đưa dao cắt theo một cung tròn biết trước bán kính R. Các dữ liệu cần nhập: Nhập toạ độ điểm cuối của cung tròn. Nhập bán kính R. Nếu cần nhập lượng chạy dao F, Các hàm phụ M va hướng chạy dao DR;.. Để gia công một đường tròn kín ta chỉ việc lấy điểm cuối cùng trùng với với điểm đầu. e) Gia công cung tròn biết trước bán kính R và góc đi qua tâm CCA. Có bốn khả năng sau: Góc CCA 0). Góc CCA > 180, bán kính nhập vào có dấu - ( R < 0). Hướng gia công cùng chiều kim đồng hồ DR -. Hướng gia công theo ngược chiều kim đồng hồ DR + Ví dụ: 10 L X + 50 Y + 50 RL F200 M3 11 CR X + 80 Y + 50 R + 30 DR - (arc 1) Hoặc 11 CR X + 80 Y + 50 R + 30 DR + (arc 2) 11 CR X + 80 Y + 50 R - 30 DR - (arc 3) Hoặc 11 CR X + 80 Y + 50 R - 30 DR + (arc 4) f) Lệnh gia công cung tròn tiếp tuyến với một đường CT. Dao cắt theo một cung tròn tiếp tuyến với một contour được lập trình trước nó. Các dữ liệu cần nhập: Nhập toạ độ điểm cuối của cung tròn. Nếu cần thiết nhập lượng chạy dao F, các hàm phụ M và bù bán kính dao. Ví dụ: 7 L X + 0 Y + 35 RL F300 M3 8 L X + 40 I Y + 5 9 CT X + 80 Y + 25 10 L Y + 0 g) Lệnh vê tròn góc RND. Hàm RND được dùng để vê tròn góc giữa hai contour cho trước. Bán kính góc vê phải đủ lớn phù hợp với dao cắt, các bứơc cần thiết là: Nhập bán kính vê. Nhập lượng chạy dao F Ví dụ: 5 L X + 10 Y + 40 RL F300 M3 6 L X + 40 Y + 25 7 RND R5 F100 8 L X + 10 Y + 5 3.2.2. Lập trình trong hệ toạ độ cực. Trong hệ toạ độ cục một vị trí được xác định bằng một góc PA và một khoảng cách PR ứng với một cực CC được định nghĩa trước đó. Hệ toạ cực thuận tiện khi cần: Xác định vị trí trên một cung tròn. Các kích thước cần gia công được đo bằng độ (00). a) Định nghĩa gốc toạ độ trong hệ toạ độ cực. Ta có thể định nghĩa cực CC bất cứ vị trí nào trong chương trình miễn là phải trứơc đoạn chương trình chưa các toạ độ cực. Định nghĩa toạ độ cực trong hệ toạ độ đề các cũng giống như định nghĩa một tâm cung tròn. Nếu không định nghĩa thì cực sẽ là vị trí dao cắt ngay trong trước đó trong chương trình. b) Lệnh tiến dao thẳng LP. Các bứơc nhập lệnh như sau: Nhập bán kính PR: Là khoảng cách từ trục cực CC đến điểm cuối của đoạn thẳng. Nhập góc cực PA: Là góc có giá trị từ . Ví dụ : 12 CC X+ 45 Y + 25 13 LP PR + 30 PA + 0 RR F300 M3 14 LP PA + 60 15 LP IPA + 60 16 LP PA + 180 c) Lệnh cắt theo cung tròn CP quanh cực CC. Bán kính toạ độ cực đồng thời cũng là bán kính của cung tròn, được xác định bằng khoảng cách từ điểm đầu tới cực CC. Vị trí dao cuối cùng trước đó trong chương trình sẽ là điểm bắt đầu cung tròn. Các dữ liệu cần nhập là: Góc toạ độ cực PA: góc này có giá trị từ Hướng quay DR. Ví dụ: 18 CC X + 25 Y + 35 19 LP PR + 25 PA + 0 RL F200 M3 20 CP PA + 180 DR - d) Lệnh gia công cung tròn tiếp tuyến CTP. Cung tròn được gia công tiếp tuyến với contour trước đó. Các giá trị cần nhập là: Bán kính cực PR: khoảng cách từ điểm cuối cung tròn tới cực CC. Góc PA: góc xác định vị trí điểm cuối của cung tròn. Ví dụ: 12 CC X + 40 Y + 25 13 L X + 0 Y + 35 RL F200 M3 14 LP PR + 25 PA + 120 15 CTP PR + 30 PA + 30 16 L Y + 0 e) Chương trình gia công đường xoắn ốc. Ta có thể ứng dụng gia công cung tròn CP để gia công đường xoắn ốc như sau: 12 CC X+ 40 Y + 35 13 Z + 0 F100 M3 14 LP PR + 3 PA + 27 15 CP IPA-1800 I+5 DR - RL F250 Trong đó: IPA là toàn bộ góc xoắn. 3.2.3. Lập trình contour tự do. Ngoài những lệnh gia công đã kể trên, TNC còn cho phép lập trình gia công những contour tự do mà các toạ độ kích thước không thể nhập vào như thông thường các chức năng từ bàn phím… Ta có thể nhập trực tiếp những dữ liệu kiểu như vậy bằng các hàm lập trình contour tự do FK. TNC sẽ từ những toạ độ cho trước của conotur cung cấp một dao thức hội thoại ở chế độ lập trình đồ hoạ tương hỗ. 3.3. Các lệnh hỗ trợ M (Miscellancous Function). Các lệnh bổ trợ hay còn gọi là các lệnh M được lập trình dưới địa chỉ M. Nó gồm trước hết các nhiệm vụ công nghệ không lập trình dưới các địa chỉ F, S, T. Một số hàm M chỉ có tác dụng ngay trong dòng lệnh mà chúng được gọi. 3.3.1 Các lệnh M điều khiển chạy dao, trục chính và chất làm mát. Dưới đây là bảng thông kê các chức năng của lệnh M. Lệnh M Tác dụng Thời điểm tác dụng M00 Dừng chương trình. Dừng trục chính. Ngừng tưới chất làm mát. - Cuối dòng lệnh M02 Nhảy về dòng lệnh. Xoá trạng thái hiện thị. M03 Trục chính quay theo chiều kim đồng hồ. - Đầu dòng lệnh. M04 Trục chính quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. - Đầu dòng lệnh. M05 Dừng trục chính. - Cuối dòng lệnh. M06 Đổi dao. - Cuối dòng lệnh. M08 Bật dung dịch trơn nguội. - Đầu dòng lệnh. M09 Tắt dung dịch trơn nguội. - Cuối dòng lệnh. M13 Trục chính quay theo chiều kim đồng hồ. Bật dung dịch trơn nguội - Đầu dòng lệnh. M14 Trục chính quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Bật dung dịch trơn nguội. - Đầu dòng lệnh. M30 Giống lệnh M02 - Cuối dòng lệnh. 3.3.2. Các lệnh bổ trợ cho lập trình toạ độ vị trí. Toạ độ tham chiếu của máy M91/M92: Nếu muốn toạ độ trọng tâm trong câu lệnh tham chiếu đến dữ liệu máy thì phải kết thúc bằng lệnh M91, nếu tham chiếu đến dữ liệu phụ của máy thì dùng lệnh M92. 3.3.3. Các lệnh bổ trợ cho gia công contour. Làm trơn góc M90: Dao cắt qua các góc với vận tốc không đổi, quá trình này làm trơn các góc cạnh và giảm thời gian gia công. Tạo cung tròn giữa hai đường thẳng M112: TNC tạo một cung tròn hoặc một đường bậc ba, giữa hai đường thẳng (không bù bán kính dao). Không tạo thêm cung tròn nữa tại chuyển tiếp giữa đường thẳng - cung tròn hoặc cung tròn - đường thẳng. 3.4. Chu trình gia công. Đó là các chương trình gia công đặc biệt, dùng cho một số bước công nghệ điển hình và thường dùng để lập đi lập lại. Nhờ các chu trình mà việc lập trình gia công các đối tượng phức tạp trở lên đơn giản hơn, thay vì phải lập trình cho từng đường chạy dao, người lập trình chỉ cần nhập các thông số hình học và các thông số công nghệ gia công nó. Chu trình được coi là tiện ích lập trình quan trọng và là một trong các chỉ tiêu để lựa chọn bộ điều khiển. Bộ điều khiển nào có nhiều chu trình và việc mô phỏng chúng đơn giản thường được ưa chuộng hơn. Hầu hết các bộ điều khiển phay có chu trình phay hốc (tròn và chữ nhật), khoan sâu, tarô cứng, lựa phay các rãnh tròn và thẳng, dịch gốc toạ độ, quay đối xứng, thu phóng,… TNC có các loại chu trình sau: Chu trình cứng (Fixed Cycle). Mọi bộ điều khiển CNC đều có thư viện các chu trình (gọi là fixed cycles hoặc standard cycles). Thư viện này của TNC rất phong phú và có thể được chia ra các nhóm sau: Cac chu trình khoan, gồm khoan lỗ sâu, doa, tarô ren (với đầu tarô cứng hoăc lựa) và cắt ren bằng dao ren một lưỡi cắt. Các chu trình phay hốc, đảo và rãnh. Các chu trình khoan dãy lỗ, có thể dãy thẳng, dãy hàng chéo hay cung tròn. Các chu trình phay nhiều đường chạy dao để phay các bề mặt, trong đó có cả mặt kẻ (Ruled Surface). Các chu trình chuyển đổi hình và toạ độ, gồm chuyển gốc toạ độ, xoay, đối xứng, phóng to thu nhỏ. Các chu trình đặc biệt như thời gian dừng, gọi chương trình, dừng trục chính có định hướng. Chu trình gia công tổ hợp contour. Với các bộ điều khiển họ TNC, các bề mặt phức hợp có thể được lập trình dễ dàng nhờ một loại chu trình SL (Subcontour Lish) cycle. Đây là sự kết hợp giữa kỹ thuật lặp và kỹ thuật chu trình và một giải pháp độc đáo của Heidenhain. Chu trình OEM. Ngoài các chu trình cứng, Heidenhain còn cung cấp cho các nhà chế tạo máy công cụ một phần mềm thiết kế chu trình, gọi là Cycle design. Nó cho phép nhà chế tạo có thể tạo thêm các chu trình của riêng mình hoặc bổ xung các phím mềm, trợ giúp đồ hoạ,… vào các chu trình cứng, thậm chí cả tổ chức lại các nhóm chu trình. Các đối tượng đồ hoạ thông dụng, như Autosketch dưới dạng DXF. Nhờ tham số máy MP 7364.x, người điều khiển có thể quy định mầu hiển thị các đối tượng đồ hoạ trong môi trường TNC. Chu trình OEM (Original Equipment Manufacture’ s Cycle), chính là chu trình được tạo ra nhờ phần mềm nói trên. Thực chất nó là một chương trình NC dùng ngôn ngữ giao thoại, trong đó mô tả các thủ tục gia công và dùng các tham số để truyền dữ liệu. Một tham số Q (Q200 đến Q248) được dành riêng để truyền dữ liệu cho các chu trình OEM. Một số hàm FN cũng được cung cấp để truy cập sâu vào các tham số hệ thống. Hàm FN 14 xuất thông báo lỗi ra màn hình. Hàm FN 15 xuất thông bao lỗi và các tham số Q ra file thông báo qua giao diện truyền thông. Hàm FN 17 ghi đè tham số hệ thống. Hàm FN 18 đọc tham số hệ thống. Hàm FN 19 gán các giá trị tham số Q cần thiết cho PLC. 3.4.1 Định nghĩa một chu trình gia công. Định nghĩa một chu trình gia công ta tiến hành các bước sau: Nhấn phím CYCLE DEF để hiện ra các nhóm Cycles. Chọn một nhóm chu trình gia công, chẳng hạn chu trình khoan lỗ DRILING. Chọn chu trình mong muốn, ví dụ chu trình khoét PECKING, khi đó TNC sẽ đưa ra hộp thoại lập trình và yêu cầu cho các giá trị đầu vào. Nhập đầy đủ các thông số. TNC đóng hộp thoại khi tất cả các dữ liệu đã được nhập hết. 3.4.2 Các chu trình khoan, khoét, doa,.. TNC cung cấp 8 chu trình khoan, khoét như sau: Chu trình Chức năng 1 Khoan sâu 200 Khoan 201 Khoét 202 Doa 203 Khoan thông dụng 2 Tarô bằng đầu dao tự lựa 17 Tarô bằng đầu dao cứng 18 Gia công ren bằng dao đơn Nhìn chung cách lập các chu trình này đều giống nha, ta xét một chu trình bất kỳ, chẳng hạn như khoan lỗ. Một chu trình khoan lỗ hoạt động như sau: TNC đưa dao đến vị trí cần gia công và cách phôi một khoảng an toàn. Khoan lần thứ nhất. Rút dao lên khoảng an toà. Quá trình từ 24 được lập đi lập lại cho đến khi khoan xong toàn bộ lỗ. Các giá trị đầu vào phải nhập: Q200: Khoảng cách giữa đầu dao và bề mặt phôi. Q201: Chiều sâu lỗ cần gia công. Q206: Là lượng ăn dao trong mỗi bước gia công. Q210: Thời gian dừng dao không cắt - là thời gian dao dừng ở một vị trí an toàn sau mỗi bước. Q203: Chiều cao của phôi. Q204: Chiều cao rút dao lên sau khi gia công xong. Q202: Chiều sâu lắt cắt. Ví dụ: Xét chu trình khoan chi tiết sau đây. Chương trình gia công như sau: 0 BEGIN PGM C300 MM 1 BLK FORM 0.1 X + 0 Y + 0 Z + 0 2 BLK FORM O.2 X + 100 Y +100 Z - 2 0 3 TOOL DEF 1 L + 0 R + 4 4 TOOL CALL 1 Z S4500 5 L Z +25 RO FMAX 6 CYCL DEF 200 DRILING Q200 = +25 Q201 = -20 Q206 = 250 Q202 = - 15 Q210 =+ 0 Q203 = 20 Q204 = +25 7 L X + 15 Y + 15 RO FMAX M3 M99 8 L Y + 95 RO FMAX M99 9 L X + 95 RO FMAX M99 10 L Y + 15 RO FMAX M99 11 L Z+250 RO FMAX M2 12 END PGM C300 MM. 3.4.3 Các chu trình phay hốc, đảo. Chu trình Chức năng 4 Phay thô hốc chữ nhật 212 Phay tinh hốc chữ nhật 213 Phay đảo chữ nhật 5 Phay hốc tròn 214 Phay hốc tròn tinh 215 Phay tinh đảo tròn tinh 3 Phay rãnh 210 Phay rãnh nhiều lớp cắt 211 Phay rãnh tròn Các chu trình này đều giống nhau về cách lập trình, ta xét một chu trình bất kỳ, chẳng hạn như phay thô hốc chữ nhập gồm các bước như sau: 1. Dao cắt tiến đến tâm hốc cần gia công và cách bề mặt phôi một khoảng cách an toàn. 2. Dao bắt đầu phay theo hướng trục dương của cạnh dài của hốc và sau đó phay xung quanh cạnh hốc từ phía bên trong ra. 3. Lặp lại từ bước 1 đến bước 2 cho đến khi hết chiều sâu hốc. 4 Rút dao lên vị trí ban đầu. Khi phay hốc tròn thì dao tiến từ theo đường xoắn ốc từ ngoài vào cho đến khi gia công xong. 3.4.4 Các chu trình khoan dãy lỗ. TNC cho phép 2 chu trình phay dãy lỗ như sau: Phay dãy thẳng: chu trình 220. Phay dãy tròn: chu trình 221. TNC còn cho phép dùng kết hợp các chu trình phay dãy lỗ 220 và 221 với các chu trình cố định sau: Chu trình 1 Khoan sâu Chu trình 2 Tarô bằng đầu dao tự lựa Chu trình 3 Phay rãnh Chu trình 4 Phay thô hốc chữ nhật Chu trình 5 Phay hốc tròn Chu trình 17 Torô bằng đầu dao cứng Chu trình 18 Gia công ren bằng dao đơn Chu trình 200 Khoan Chu trình 201 Khoét Chu trình 202 Doa Chu trình 203 Khoan thông dụng Chu trình 212 Phay tinh hốc chữ nhật Chu trình 213 Phay đảo chữ nhật Chu trình 214 Phay hốc tròn tinh Chu trình 215 Phay đảo tròn tinh 3.5. Chương trình con và vòng lập. Việc sử dụng chương trình con và vòng lập trong chương trình làm cho chương trình ngắn ngọn hơn, tránh phải viết lập đi lập lại một đoạn chương trình làm việc với những công đoạn giống nhau. Đầu của mỗi chương trình con hoặc vòng lập được ngán bằng một nhãn ( Label), các nhãn này được nhận biết bằng một số bất kỳ từ . Kết thúc mỗi chương trình con là nhãn O (Label 0), nhãn LBLO có thể sử dụng được nhiều lần. 3.5.1. Chương trình con. TNC gọi chương trình con thông qua số hiệu nhãn của nó bằng lệnh CALL LBL. Chương trình con sau đó khi được nạp sẽ thi hành từ đầu cho tới khi gặp nhãn LBL0 thì kết thúc. Sau đó TNC sẽ tiếp tục chạy phần chương trình sau lệnh chương trình con. TNC cho phép trong một chương trình chính có thể có 254 chương trình con ứng với 254 nhãn, ta có thể gọi chương trình con bất kỳ lúc nào trong chương trình, tuy nhiên cần chú ý một số nguyên tắc sau: Một chương trình con không thể gọi chính nó. Chương trình con phải được viết cuối chương trình chính (sau dòng lệnh có M2 hoặc M30). Nếu chương trình con nằm trước M2 hoặc M30 thì chúng sẽ được gọi ít nhất một lần trước khi có lệnh gọi đến chúng. Lập một chương trình con. Để gán nhãn cho một chương trình con, nhấn phím LBL SET và nhập số hiệu nhãn (LABEL NUMBER) vào. Viết chương trình con. Kết thúc chương trình con lại nhấn phím LBL SET và nhập số hiệu nhãn ( LABEL NUMBER) vào. Gọi một chương trình con. Để viết một lệnh gọi chương trình con trong chương trình chính ta nhấn phím LBL CALL. Gõ vào số hiệu chương trình mà ta muốn gọi. 3.5.2. Vòng lặp. Cũng giống như chương trình, mở đầu mỗi vòng lặp là một nhãn (LBL) nhưng kết thúc vòng lặp là cặp lệnh CALL LBL/ REP xác định số vòng lặp. TNC khi gặp vòng lặp sẽ thi hành từ đầu cho đến khi gặp lệnh kết thúc, sau TNC sẽ tiếp tục thi hành phần chương trình còn lại sau vòng lặp. Chú ý: Một vòng lặp có thể được lập đi lập lại 66534 lần. Số hiệu đằng sau từ lệnh REP xác định số lần lặp của vòng lặp. Số lần lặp luôn nhiều hơn số hiệu được lập trình một lần, do đó để lập đúng số lần mong muốn thì khi lập trình phải chú ý giảm số hiệu này đi một đơn vị. Lập một vòng lặp. Để gán nhãn cho một vòng lặp, nhấn phím LBL SET và nhập số hiệu nhãn (LABEL NUMBER) vào. Viết chương trình con cần lặp. Gọi một vòng lặp. Để viết một lệnh gọi vòng lặp trong chương trình chính ta nhấn phím LBL CALL và gõ số hiệu LBL vào, sau đó cho số lần lặp. 3.5.3. Lồng chương trình con vào vòng lặp. TNC cho phép lồng chương trình con hay vòng lặp theo những cách sau đây: Lồng chương trình con trong một chương trình con. Lồng một vòng lặp trong một vòng lặp. Lồng một chương trình con trong một vòng lặp. Cách viết một chương trình con đó như sau: Ví dụ: 0 BEGIN PGM DE1 MM ………… 17 CALL LBL 1……………. Gọi chương trình con có nhãn là LBL 1 …………………………………. (đoạn chương trình chính còn lại có lệnh M2) 35 LBL 1 ……………………. đầu chương trình con 1 ………… 39 CALL LBL 2 ……………Gọi chương trình con có nhãn là LBL 2 ……. 45 LBL 0 ………………….. kết thúc chương trình con 1 46 LBL 2 …………………..đầu chương trình con 2 …………….. 62 LBL 0 ………………….. kết thúc chương trình con 2 63 END PGM DE1 MM….kết thúc chương trình. Lồng một vòng lặp trong một vòng lặp. Ví dụ: 0 BEGIN PGM DE2 MM ………….. 15 LBL 1 ………………….. Đầu vòng lặp 1 ………. 20 LBL 2 …………………... đầu vòng lặp 2 ……………. 27 CALL LBL 2 REP 3/3……… đoạn chương trình con từ LBL 2 đến dòng này được lặp 3 lần ………………… 35 CALL LBL 1 REP 1/1 ……..đoạn chương trình LBL 1 đến dòng lệnh này được lặp 1 lần ……………… 50 END PGM DE2 MM. Lồng một chương trình con trong vòng lặp. Ví dụ: 0 BEGIN PGM DE3 MM …………… 10 LBL 1…………………………….. Đầu vòng lặp 11 CALL LBL 2 …………….……….Gọi chương trình con có nhãn LBL 2 12 CALL LBL 1 REP 2/2 ………… Đoạn chương trình từ LBL 1 đến dòng lệnh này được lặp 2 lần L Z + 100 RO FMAX M2…….. Kết thúc lệnh chính LBL 2……………………………….Đầu chương trình con 2 …………….. 28 LBL O ………………………………. Kết thúc chương trình con 29 END PGM DE3 MM. PHỤ LỤC MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY TNC 426 (DÙNG NGÔN NGỮ DIN PLUS) Các dữ liệu trong phần gia công này là: các thông tin công nghệ của dụng cụ, các chức năng gia công trên máy, các chu trình gia công như chu trình khoan, khoét, doa, tarô, phay,…. Nó được áp dụng trên máy DMU - 60T với bộ điều khiển TNC 426, một chương trình gia công của máy phay gồm các từ khoá sau: 0 BEGIN PGM (tên chuơng trình, đơn vị đo) Các lệnh khai báo phôi (Worpiece) 1 BLK FORM 0.1 X… Y…. Z….. 2 BLK FORM 0.2 X….. Y….. Z….. Khai báo dao và gọi dao 3 TOOL DEF 1….. 4 TOOL CALL 1….. ………..(thân chương trình) Kết thúc chương trình END PGM (tên chương trình, đơn vị đo). CÁC CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG ĐIỂN HÌNH TRÊN MÁY PHAY TNC 426 Cấu trúc chương trình khoan lỗ. Chương trình khoan lỗ: Ta có chương trình như sau: 0 BEGIN PGM KHOAN_LO MM 1 BLK FORM 0.1 X + 0 Y + 0 Z + 0………….Khai báo phôi 2 BLK FORM O.2 X + 100 Y +100 Z - 15 3 TOOL DEF 1 L + 0 R + 3…………………….Khai bao dao cắt 4 TOOL CALL 1 Z S3500…………………………Gọi dao số 1 5 L Z +25 RO FMAX……………………………Độ cao an toàn 6 L X + 10 Y + 10 RO FMAX M3……………… Lỗ thứ nhất 7 L Z-20 RO F200 M8……………………………Khoan lỗ thứ nhất 8 L Z+25 RO FMAX……………………………Rút dao lên độ cao an toàn 9 L Y + 80 RO FMAX …………………………Lỗ thứ hai 10 L Z-20 RO F200 M8……………………………Khoan lỗ thứ hai 11 L Z+25 RO FMAX……………………………Rút dao lên độ cao an toàn 10 L X+80 Y + 10 RO FMAX …………………Lỗ thứ ba 11 L Z-20 RO F200 M8……………………………Khoan lỗ thứ ba 12 L Z+250 RO FMAX M2……………………. Rút dao lên, dừng chương trình 13 END PGM KHOAN_LO MM. ………………Kết thúc chương trình HH Chu trình khoan: Dựa vào hình vẽ ta có sơ đồ khối của chu trình khoan 3 lỗ như sau. Chương trình thực hiện: 0 BENGIN PGM KHOAN_LO MM 1 BLK FORM 0.1 Z X+0 Y+0 Z + 0…………………Khai báo phôi 2 BLK FORM 0.2 X+100 Y+100 Z - 15…………………. 3 TOOL DEF 2 L+0 R+3………………………………Khai báo dao cắt 4 TOOL CAAL 2 Z S 3500……………………………Gọi dao số 2 5 CYCL DEF 200 DRILLING…………………………..Gọi chu trình Q200 = +25 ……………………………………………Độ cao an toàn Q201 = - 15 …………………………………………..Chiều sâu cần gia công Q206 = 100 ……………………………………………Tốc độ chạy dao Q202 = - 10 ……………………………………………Chiều sâu lát cắt Q200 = +25 ……………………………………………Độ cao an toàn Q203 = 15 ……………………………………………Chiều cao của phôi Q210 =+ 0 ……………………………………………Thời gian dừng dao không cắt Q204 = +20 ……………………………………………Độ cao an toàn 6 L Z+100 R0 FMAX M3 7 L Y+80 M 99………………………………..Khoan lỗ thứ nhất, gọi chu trình 8 L X+10 Y+80 M 99…………………………Khoan lỗ thứ hai 9 L X+10 Y+10 M 99…………………………Khoan lỗ thứ ba 10 END PGM KHOAN_LO MM……………Kết thúc Ví dụ: Cấu trúc chương trình khoan tấm lỗ hàng chéo. Chương trình thực hiện: Chương trình Ý nghĩa 1 BENGIN PGM TAM_LO_HANG_CHEO MM……..Bắt đầu chương trình 2 BLK FORM 0.1 Z X+0 Y+0 Z+ 0…………………...Khai báo phôi 3 BLK FORM 0.2 X+100 Y+100 Z-20……………… 4 TOOL DEF 1 L+0 R0 R + 3………………………Khai báo dao cắt 5 TOOL CALL 1 Z S 4500………………………………Gọi dao cắt 6 L Z+100 RO FMAX ……………………………….Độ cao an toàn, trục chính quay theo chiều kim đồng hồ 7 CYCL DEF 200 DRILLING…………………………..Chu trình khoan Q200 = +25……………………………………………..Khoảng cách an toàn Q201 = - 20………………………………………………Chiều sâu lỗ cần gia công Q206 = 250……………………………………………Bước tiến cho dao cắt Q202 = -15……………………………………………Chiều sâu lắt cắt Q210 = + 0………………………………………… Thời gian dừng cắt ở vị trí an toàn Q204 =+ 30…………………………………………..Khoảng cách an toàn thứ hai Q203 = 20………………………………………….Toạ độ bề mặt phôi 8 L X + 0 Y+10 R0 F9999 M3……………………….Điểm phụ trợ 9 LBL 1………………………………………………………Bắt đầu vòng lập LBL 1 10 L IX +20 M99………………………………………..Khoan lỗ thứ nhất 11 LBL 2……………………………………………………Bẳt đầu vòng lập LBL 2 12 L IX – 3 IY+15 M99…………………………………..Khoan lỗ thứ hai 13 CALL LBL 2 REP 4/4…………………………………Lập lại LBL 2 bốn lần 14 IX + 10 M99……………………………………………Khoan lỗ thứ 7 15 LBL 3……………………………………………………Bắt đầu vòng lập LBL 3 16 L IX +3 IY - 15 M99………………………………….Khoan lỗ thứ 8 17 CALL LBL 3 REP 4/4………………………………Lập lại LBL 3 bốn lần 18 CALL LBL 1 REP 2/2………………………………Lập lại LBL 1 hai lần 19 L Z+100 RO FMAX M2…………………………….Đưa dao đến vị trí an toàn 20 END PGM KHOAN_LO_HANG_CHEO MM…………. Chương trình khoan hàng lỗ: Chương trình Ý nghĩa 1 BENGIN PGM KHOAN_LO_HANG_LO MM……..Bắt đầu chương trình 2 BLK FORM 0.1 Z X+0 Y+0 Z+0…………………...Khai báo phôi 3 BLK FORM 0.2 X+100 Y+100 Z - 15 ……………… 4 TOOL DEF 5 L+0 RO R + 4……………………………Khai báo dao cắt 5 TOOL CALL 5 Z S 3500………………………………Gọi dao cắt 6 CYCL DEF 200 DRILLING…………………………..Chu trình khoan Q200 = +25………………………………………………Khoảng cách an toàn Q201 = -15………………………………………………Chiều sâu lỗ cần gia công Q206 = 250……………………………………………Bước tiến cho dao cắt Q202 = -10…………………………………………….Chiều sâu lắt cắt Q210 = 0………………………………………………Thời gian dừng cắt ở vị trí an toàn Q204 =+ 30……………………………………………..Khoảng cách an toàn thứ hai Q203 = +15……………………………………………Toạ độ bề mặt phôi 8 L X + 0 Y+10 R0 F9999 M3……………………….Điểm phụ trợ 9 LBL 1………………………………………………………Bắt đầu vòng lập LBL 1 10 L IX - 15 M99………………………………………..Khoan lỗ thứ nhất 11 LBL 2……………………………………………………Bẳt đầu vòng lập LBL 2 12 L IY+10 M99………………………………………..Khoan lỗ thứ hai 13 CALL LBL 2 REP 4/4…………………………………Lập lại LBL 2 bốn lần 14 IX - 10 M99……………………………………………Khoan lỗ thứ 7 15 LBL 3……………………………………………………Bắt đầu vòng lập LBL 3 16 L IY - 10 M99………………………………………...Khoan lỗ thứ 8 17 CALL LBL 3 REP 4/4………………………………Lập lại LBL 3 bốn lần 18 CALL LBL 1 REP 2/2………………………………Lập lại LBL 1 hai lần 19 L Z+100 RO FMAX M2…………………………….Đưa dao đến vị trí an toàn 20 END PGM KHOAN_LO_HANG_LO MM………….Kết thúc chương trình. LỜI KẾT Sau thời gian học tập tại Khoa Máy Xây Dựng & TBTL Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, em được giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay). Với sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Công Nguyên cùng các thầy cô trong Khoa Máy Xây Dựng & TBTL, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Nguyễn Công Nguyên – giáo viên đã hướng dẫn đồ án tốt nghiệp. Đồng thời cho em xin chân thành cảm ơn đến các thầy trong Khoa Máy Xây Dựng & TBTL và cùng toàn thể các bạn đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Mặc dù trong thời gian qua em đã hết sức cố gắng tìm hiểu thực tế, nghiên cứu tài liệu để thực hiện đồ án. Nhưng vấn đề còn khá mới, cùng với sự hạn chế về kiến thức chuyên môn cho nên nội dung trình bày trong đồ án này không tránh khỏi những sai sót và hạn chế, em rất mong sự góp ý kiến của các thầy trong khoa cùng các bạn để đề tài của em nghiên cứu được hoàn thiện hơn. Em xin trân thành cảm ơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tạ Duy Liêm …………Máy điều khiển theo chương trình số và rôbốt công nghiệp - Đại học Bách Khoa Hà nội(tập 1)- 1996. 2. Tạ Duy Liêm……………Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ – NXBKHKT - 1999. 3. Tạ Duy Liêm……………Máy công cụ CNC- NXBKHKT – 2001. 4. Trần Văn Địch…………Công nghệ trên máy CNC – NXBKHKT- 2000. 5. Vũ Hoài Ân……………..Nhập môn gia công CNC. 6. Hendenhain……………..NC – Software TNC 426 – 4/1997. 7.Trần Văn Địch………….. Máy CNC – NXBKHKT – 2004. MỤC LỤC Trang LỜI TỰA CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ MÁY CỘNG CỤ CNC 1 Đ1: KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ 1 I. Quá trình phát triển, trình độ hiện tại của ngành máy công cụ CNC 1 1. Quá trình phát triển 1 2. Trình độ hiện tại 2 II. Các khái niệm cơ bản về điều khiển số 2 2.1 Điều khiển kỹ thuật 2 2.2 Điều khiển tự động hóa máy công cụ 3 2.3 Định nghĩa điều khiển 3 2.4 Điều khiển số NC (Numerical Control) 4 2.5 Điều khiển CNC (Computerized Numerical Control) 4 2.6 Điều khiển đọc 5 2.7 Bộ nhớ chương trình 5 2.8 Thông tin hình học 5 2.9 Thông tin công nghệ (Technologual information) 5 2.10 Biểu thị thông tin qua tín hiệu 6 III. Nguyên lý vận hành và các dạng điều khiển số trên máy công cụ CNC 6 3.1 Nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC 6 3.2 Các dạng điều khiển trong điều khiển số 9 3.2.1 Điều khiển điểm 9 3.2.2 Điều khiển đoạn hay đường thẳng 9 3.3.3 Điều khiển theo biên dạng 10 Đ2: KHÁI NIỆM VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC 13 I khái niệm chung về máy công cụ CNC 13 Các đặc điểm kết cấu của các máy công cụ điều khiển CNC so với máy công cụ thông thường 13 1.1. Máy cộng cụ thông thường 13 1.2. Máy công cụ CNC 13 2. Ưu, nhược điểm của máy công cụ CNC và các yêu cầu đặt ra 15 2.1. Ưu điểm 15 2.2. Nhược điểm 16 2.3. Các yêu cầu đặt ra 16 II. Chức năng của CNC 16 1.Các chuyển động thực hiện dịch chuyển tương đối Dao/ Chi tiết 16 1.1. Chuyển động đảm bảo tốc độ cắt của dao cụ 16 1.2. Chuyển động chạy dao 17 2. Quá trình cấp dao 17 3. Quá trình cấp chi tiết 18 4. Quá trình bôi trơn, làm nguội và làm sạch 19 III. Các hệ trục tọa độ và các điểm chuẩn trong máy CNC 20 1.Hệ trục toạ độ của máy công cụ CNC 20 A) Trục Z 21 b) Trục X 21 c) Trục Y 22 d) Các trục phụ 22 2. Các điểm O và các điểm chuẩn 22 a) Điểm O của máy M 22 b) Điểm O của chi tiết W 23 c) Điểm O của chương trình PO 23 d) Các điểm chuẩn của máy R 23 e) Điểm tỳ A 24 g) Điểm thay dao Ww 24 h) Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gá dụng cụ N 24 i) Điểm chuẩn của giá dao T 25 j) Điểm cắt của dao P 25 k) Điểm chuẩn của bàn trượt F 25 Chương ii: bộ nội suy và hệ thống truyền động 28 Đ1: BỘ NỘI SUY 28 I. Khái niệm, nhiện vụ, các bộ nội suy và các dạng nội suy 28 1. Khái niệm chung 28 2. Nhiệm vụ của bộ nội suy 29 3. Bộ nội suy trong, bộ nội suy ngoàI 29 4. Các dạng nội suy 30 II. Phương pháp nội suy 30 1. Nội suy thẳng theo Phương pháp DDA 32 2. Nội suy vòng theo phương pháp DDA 36 Đ2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ 39 i. các dạng chuyển động chạy dao trong máy điều khiển số 39 II. Truyền động điều chỉnh và các dạng truyền động 39 1.Truyền động điều chỉnh 39 2. Các dạng truyền động 40 2.1 Truyền động điều chỉnh phân cấp 40 2.2 Truyền động điều chỉnh vô cấp 42 2.2.1 Những ưu điểm của truyền động điều chỉnh vô cấp 42 2.2.2. Điều chỉnh vị trí của dao 43 2.2.3 Điều chỉnh vị vị trí kiểu mạch kín 43 2.3. Truyền động bước 46 III. Truyền động chạy dao trong máy công cụ CNC 48 1.Các nhiệm vụ của truyền động chạy dao 48 2. Động cơ bước chạy điện 49 3. Động cơ điện một chiều 51 4. Động cơ điện xoay chiều 52 IV. Các khâu truyền động cơ khí trong máy công cụ điều khiển số 53 V. Cơ sở tính toán cho truyền động chạy dao 55 5.1 Tính mômen quay (hình 39) 55 5.2 Mômen quán tính (hình 40) 56 CHƯƠNG III: LẬP TRÌNH CHO MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ 59 I. Lập trình trên máy công cụ CNC theo tiêu chuẩn ISO 59 1. Lập trình cho máy công cụ CNC 59 1.1. Địa chỉ chạy dao F 59 1.2. Địa chỉ số vòng quay trục chính S 59 1.3. Địa chỉ dao T 59 1.4. Các chức năng phụ M 60 1.5. Các câu lệnh, từ lệnh trong lập trình số 60 2. Mô tả từng từ lệnh riêng lẽ trong một câu lệnh 61 2.1. Từ lệnh N : số câu lệnh 61 2.2. Từ lệnh /N- ngắt câu lệnh 61 2.3. Từ lệnh G : Điều khiển đường dịch chuyển 61 2.4. Mô tả các điều kiện đường dịch chuyển: 62 3. Các vị dụ lập trình với địa chỉ G 68 II. Lập trình cho máy TNC 426 73 1. Giới thiệu chung 73 2. Chế độ vận hành máy 75 2.1. Các chế độ vận hành bằng tay quay địên tử 75 2.2. MID (Manual Data Input) 75 2.3. Lập trình và sửa chương trình 75 2.4. Chạy thử chương trình 75 3. Lập trình cho máy TNC 426 75 3.1. Cơ sở điều khiển số 75 3.1.1 Bộ mã hoá vị trí (encoder) và điểm chuẩn 75 3.1.2 Hệ toạ độ tham chiếu trên máy phay 76 3.2. Lập trình contour 77 3.2.1. Lập trình trong hệ đề các 77 a) Lệnh tiến dao thẳng L 77 b) Lệnh vát góc giữa hai đường thẳng CHF 77 c) Gia công cung tròn C với tâm CC 77 d) Lệnh gia công cung tròn, với bán kính cho trước CR 79 e) Gia công cung tròn biết trước bán kính R và góc đi qua tâm CCA 79 f) Lệnh gia công cung tròn tiếp tuyến với một đường CT 80 g) Lệnh vê tròn góc RND 80 3.2.2. Lập trình trong hệ toạ độ cực 81 a) Định nghĩa gốc toạ độ trong hệ toạ độ cực 81 b) Lệnh tiến dao thẳng LP 81 c) Lệnh cắt theo cung tròn CP quanh cực CC 81 d) Lệnh gia công cung tròn tiếp tuyến CTP 82 e) Chương trình gia công đường xoắn ốc 82 3.2.3. Lập trình contour tự do 82 3.3. Các lệnh hỗ trợ M (Miscellancous Function) 83 3.3.1 Các lệnh M điều khiển chạy dao, trục chính và chất làm mát 83 3.3.2. Các lệnh bổ trợ cho lập trình toạ độ vị trí 84 3.3.3. Các lệnh bổ trợ cho gia công contour 84 3.4. Chu trình gia công 84 3.4.1 Định nghĩa một chu trình gia công 86 3.4.2 Các chu trình khoan, khoét, doa, 86 3.4.3 Các chu trình phay hốc, đảo 89 3.4.4 Các chu trình khoan dãy lỗ 90 3.5. Chương trình con và vòng lập 90 3.5.1 Chương trình con 91 3.5.2. Vòng lặp 91 3.5.3. Lồng chương trình con vào vòng lặp 92 PHỤ LỤC: MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY TNC 426 (DÙNG NGÔN NGỮ DIN PLUS) 95 Lời kết 105 Tài liệu tham khảo 106 ._.