Bài giảng Cơ sở CNC

BÀI GiẢNG CƠ SỞ CNC Chương 1: Lịch sử phát triển và hiệu quả kinh tế của máy CNC 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 So sánh máy công cụ thường và máy CNC 1.3 Nhiệm vụ điều khiển máy công cụ theo chương trình 1.4 Các đặc tính của máy CNC 31.1LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1. Các giai đoạn phát triển từ máy công cụ thường đến hệ thống CIM ❑ Viện công nghệ Massachusetts ra đời ý tưởng điều khiển số NC cho máy công cụ trên cơ sở: ➢ Chế tạo các chi tiết có kích thước lớn, biên dạng phức tạp cho không lực Hoa kỳ ➢ Với kích thước, biên dạng đó ➢ Biên dạng của chi tiết có thể được thay thế bằng các hàm chức năng toán học 41.1LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ❑ Cần chế tạo bộ điều khiển máy phay có nhiệm vụ biên dịch đại lượng đầu vào được mô tả dưới dạng số chứa các thông tin sau: • Hành trình chuyển động của dụng cụ (thông tin về quỹ đạo mũi dụng cụ cắt hay thông tin về biên dạng chi tiết gia công) • Các chức năng vận hành của máy • Hiểu và xử lý được các đại lượng đầu vào (→có chức năng của máy tính) • Phát lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành thực hiện gia công, đồng thời tiếp nhận các thông tin phản hồi từ hệ thống đo và kiểm tra để điều chỉnh lại quỹ đạo gia công trong quá trình thực hiện. 51.1LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Có hai đặc điểm cơ bản sau: ➢ Các trục dịch chuyển bàn máy được truyền động bằng các động cơ vô cấp và độc lập (Làm máy NC khác hẳn máy công cụ thông thường). ➢ Các thông tin về hành trình và các chức năng máy cần thiết được ghi trên băng giấy đục lỗ với code mã hoá là hệ nhị phân: 0 và 1, hình thành chương trình điều khiển máy: chương trình NC (8bít tương ứng với 8 lỗ trên một hàng). →Hai đặc điểm cơ bản đó quy định các đặc điểm máy NC sau này 61.1LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ❑ Đặc điểm của máy NC nói chung: ● Chương trình gia công được ghi trên băng giấy đục lỗ hoặc băng từ. ● Máy tính điều khiển (bộ điều khiển) sẽ điều khiển việc xử lý thông tin về hành trình và các chức năng của máy ● Các trục truyền động chạy dao và trục chính được dẫn động bằng các động cơ Sec vô độc lập. ● Có hệ thống đo và kiểm tra luôn phản hồi vị trí của dụng cụ về bộ điều khiển cũng như trạng thái và chất lượng các cơ cấu chấp hành. 71.1LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ❑ Đầu những năm 1970 ra đời máy CNC do xuất hiện, phát triển của bộ vi xử lý và máy vi tính (PC) • Có thêm nhiều chức năng mới • Có khả năng lập trình tại chỗ các chi tiết có biên dạng phức tạp • Không cần sự hỗ trợ cáu các công cụ toán học bên ngoài ❑ Hiện nay với sự phát triển của ngành sản xuất linh kiện vi điện tử, đk số, máy công cụ, dcụ cắt,→Hình thành các trung tâm gia công (CME - Center for Manufacturing Excellence ), Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS - Flexible Manufacturing System ), hệ thống sản xuất với sự tích hợp của máy tính (CIM - Computer-Intergrated Manufacturing ) 81.1LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Hiện nay đã có các máy gia công 5 trục (gia công cánh tua bin);các máy tạo mẫu nhanh (từ năm 1990, phát triển mạnh từ năm 1995)→SP là điện thoại, ôtô,... 91.1LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 2. Các phương hướng phát triển ◼ Các trung tâm gia công đồng bộ với độ chính xác cao nhất ◼ Gia công với tốc độ cắt gọt cao, khoan với độ chính xác cao nhất (các dcụ cắt thường chỉ chịu được từ 80 – 120 mm/ph) ◼ Cổng giao tiếp với công suất lớn (RS232 là cổng truyền tin cách đây 30 năm → thấp) ◼ Giảm khối lượng lập trình cho từng nhiệm vụ gia công ◼ Hệ thống lập trình đơn giản, hiệu quả cao, mô phỏng động tương thích cho các quá trình gia công ◼ Phân tích lỗi với sự trợ giúp của đồ hoạ trên các máy CNC và hệ thống sản xuất nói chung (người vận hành không cần phải nhớ, lỗi bao nhiêu thì sẽ tra trong sổ tay) 10 1.2 SO SÁNH MÁY CÔNG CỤ THƯỜNG VỚI MÁY CNC 1. Cấu trúc ◼ Các chuyển động tạo hình cơ bản giống nhau ◼ Khác nhau: o Các dịch chuyển của máy CNC được xác định trong 1 hệ toạ độ có liên quan chặt chẽ với máy và các trục chuyển động, vị trí của chi tiết gia công. o Máy tính điều khiển mọi hoạt động của máy (tiện ren trên máy CNC trên cơ sở xung nhịp thời gian) o Mỗi một bộ phận đều có hệ thống đo và phản hồi trạng thái, chất lượng về bộ điều khiển: • Đo: các thông số của các bộ phận chuyển động • Ktra: các thông số của các bộ phận không cđ 11 1.2 SO SÁNH MÁY CÔNG CỤ THƯỜNG VỚI MÁY CNC 2. Chức năng Chức năng Máy công cụ Máy NC Máy CNC Nhập dữ liệu Điều chỉnh máy, gá phôi, kẹp chặt dcụ,được thực hiện bằng tay Ctrình NC được nhập vào bộ điều khiển thông qua băng giấy đục lỗ hoặc băng từ Ctrình NC nhập vào bộ điều khiển bằng bàn phím, đĩa, cổng giao tiếp, lưu trong bộ nhớ Điều khiển Cài đặt các thông số công nghệ V,S,t điều khiển thông qua các tay quay Bộ điều khiển xử lý các thông tin về đường dịch chuyển và chức năng của máy, sau đó phát tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu máy tính và phần mềm tích hợp làm nhiệm vụ điều khiển, sử dụng bộ nhớ lưu trữ dữ liệu máy, ctrình, dcụ, chu trình gia công, kết hợp phần mềm phân tích lỗi Kiểm tra Đo, ktra bằng tay. Nếu cần phải lặp lại quá trình gia công Trong quá trình gia công có sự phản hồi thường xuyên của hệ thống đo Có sự phản hồi của hệ thống đo, có sự phân tích bù mòn dao trong quá trình gia công→đạt kích thước trong quá trình gia công • Bộ nhớ lưu trữ dữ liệu máy, ví dục như sai số của Vít me → máy sẽ phải ghi nhận và tự động điều chỉnh • Chu trình gia công: máy nào cũng có, chỉ dùng được cho 1 loại máy và 1 hệ điều khiển nhất định (có tác dụng rút ngắn ctrình (do toán học hoá đường dịch chuyển thành hàm toán →trong gia công→máy sẽ tính toán) 12 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH 1. Nhiệm vụ • Khởi động, dẫn dắt và kết thúc chính xác tất cả các chuyển động • Biến đổi tốc độ, số vòng quay, lực, momen hay công suất trong các xích truyền động theo yêu cầu điều khiển • Định vị chính xác các đối tượng chuyển động( đảm bảo độ chính xác tương quan giữa dao và phôi) • Chú ý: giữa đại lượng đầu vào và đầu ra của quá trình điều khiển có xuất hiện sự trễ về mặt thời gian: ▪ Các lực quán tính ( có tính hai mặt) ▪ Các trở kháng ma sát, điện từ 13 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH ◼ → KL: ▪ Chương trình làm việc của máy CC bao gồm từng bước nguyên công thực hiện theo một trình tự không gian và thời gian xác định, với sự sắp đặt có tính qui luật rất chặt chẽ và chính xác giữa các chuyển động và các thiết bị đóng ngắt. ▪ Bộ điều khiển có nhiệm vụ thực hiện chương trình hoàn toàn tự động ▪ Phải có 2 hệ lệnh cơ bản M · G ,M ▪ Hệ lệnh đóng ngắt : Chiều, độ lớn của tốc độ; đóng ngắt các thiết bị phụ trợ ▪ Hệ lệnh đường đi : Độ lớn của chiều dài quãng đường dịch chuyển S E y x lam tron 14 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH 2. Các nguyên lý điều khiển theo chương trình Diễn biến của chương trình điều khiển có thể đặt trong mối quan hệ phụ thuộc vào thời gian, vào không gian, vào các đại lượng vật lý biến đổi: lực, nhiệt độ, áp suất... ❖ Điều khiển theo chương trình thời gian: o Chương trình điều khiển được lập theo kế hoạch thời gian xác định o Các chuyển động kế tiếp được điều khiển bất chấp chất lượng của chuyển động trước đó o Các chương trình cứng rất khó thay đổi o Vì các biến thiên về lực và nhiệt độ có thể làm cho tốc độ di chuyển thay đổi→ thường chỉ áp dụng vào cơ khí với hệ điều khiển bằng cam 15 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH ➢ Cam điều khiển truyền lệnh cho van. Trước hết đường dầu vào xi lanh M1 để thực hiện hành trình 1; sau đó chuyển sang xilanh M2 để thực hiện hành trình 2 ➢ Chú ý: Khâu 2 chuyển động bất kể khâu 1 có chạy hay không (máy giặt) 16 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH ❖ Điều khiển chương trình theo quỹ đạo ▪ Điều khiển theo chương trình này thì chuyển động kế tiếp sẽ được tiến hành khi chuyển động của bước trước đó đã kết thúc hoàn thiện ▪ Thời gian chu trình của mỗi chi tiết phụ thuộc vào tốc độ thực hiện từng hành trình ▪ Các chương trình có tính cứng, tuy nhiên có thể điều chỉnh trong khoảng nhất định ▪ Không điều khiển được phi tuyến ▪ Áp dụng cho máy công cụ có hệ điều khiển thủy lực và khí nén 17 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH VD: Pittong của xilanh M1 chuyển sang phải nhưng van vẫn được đóng bởi lực lò xo. Cuối hành trình 1, áp suất tăng đẩy pittong trong van điều khiển sang phải, dầu vào được xilanh M2 thực hiện hành trình 2 18 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH • Điều khiển theo đại lượng dẫn: Mang tính liên tục o Toạ độ liên tục của biên dạng trong dưỡng chép hình có đầu dò o Áp suất, lực, cường độ sáng, v.v→Lập trình tốn kém: thiết kế. chế tạo cam, dưỡng, bố trí điều chỉnh đòi hỏi chính xác cao→Chương trình cứng khó thay đổi. o Toạ độ được đưa ra liên tục bới bộ điều khiển số CNC 19 1.3 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN MÁY THEO CHƯƠNG TRÌNH ▪ Sơ đồ nguyên tắc mạch điều khiển định vị • Bàn máy 3 được môtơ 1 và trục vít me 2 đẩy tới một vị trí xác định. • Vị trí xác định bởi bộ so sánh hoạt động theo nguyên tắc cầu Wheatston 4. • Quá trình đẩy bàn máy 3 kết thúc khí giá trị x (đại lượng dịch chỉnh) bằng giá trị cần w (đại lượng dẫn), sai lệch điều chỉnh Sw=w-x=0, động cơ dừng lại. 20 1.4 Các đặc tính của máy CNC 1. Tính kinh tế cao: • Tốc độ gia công cao, thời gian cơ bản, thời gian phụ giảm: tổ chức SX tốt, trùng lắp công việc, ổ chứa nhiều dao • Phù hợp với dạng SX vừa, nhỏ kể cả đơn chiếc 2. Độ chính xác gia công cao, chất lượng ổn định: • Tối ưu chế độ cắt→ổn định chất lượng • ĐK NC là nguyên tắc cao nhất đảm bảo ổn định chất lượng • Cấp chính xác của máy cao (0,001 hoặc 0,005mm) 21 1.4 Các đặc tính của máy CNC 3. Thời gian vận hành máy cao: • Tập trung nguyên công cao: thực hiện nhiều nguyên công không cần thay đổi vị trí gá đặt • Các vận hành của máy đựơc thực hiện hoàn toàn tự động với tốc độ cao • Thay dao hoàn toàn tự động, thời gian ngắn 3-9 s 4. Tính linh hoạt trong sản xuất cao: • Thời gian chuẩn bị và kết thúc SX ngắn: độc lập, hoặc lập trình trực tiếp, • Lưu trữ các chương trình gia công, các chương trình con chương trình macro • Có khả năng chuẩn bị phôi và dụng cụ cắt độc lập 5. Tính năng tự động hoá cao: • Các hoạt động của máy hoàn toàn tự động ở mức độ cao được ĐK bởi bộ điều khiển NC THE END