Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 9.1 Khái niệm Sự tiến hóa công nghệ NC có liên hệ mật thiết phụ thuộc vào phát triển công nghệ máy tính Trong chương xem xét việc dùng máy tính việc lập trình cho máy NC Thực tế, nhiều sản phẩm thiết kế lập trình gia công thiếu lập trình nhờ máy tính Hơn nữa, máy tính lại dùng để gọt dũa cải thiện việc lập trình gia công NC nhờ kỹ thuật tương tác đồ họa lập trình giọng nói Việc sử dụng máy tính số làm thay đổi chất việc điều khiển máy NC Trong chương bàn vấn đề sau: Computer numerical control (CNC) Direct numerical control (DNC) Adaptive control (AC) CNC – thay điều khiển NC cổ điển tính toán nhỏ (minicomputer hay microcomputer) Máy tính nhỏ dùng để thực số tất chức NC chương trình đựợc lưu nhớ Read – Write Một khác biệt CNC máy tính điều khiển máy công cụ Khác với DNC dùng máy tính để điều khiển nhiều máy công cụ riêng biệt Điều khiển thích nghi không đòi hỏi máy tính số Điều khiển thích nghi dùng hệ thống điều khiển để đo nhiều biến số qúa trình (lực cắt, nhiệt độ, công suất, v.v.) thay đổi lượng ăn dao (hoặc) tốc độ cắt để bù trừ vào thay đổi có hại biến số qúa trình Mục đích điều khiển thích nghi tối ưu hóa qúa trình gia công mà máy NC đơn độc thực Nhiều dự án điều khiển thích nghi ban đầu dựa việc điều khiển tương tự máy tính số Ngày hệ thống sử dụng công nghệ vi xử lý để ứng dụng chiến lược điều khiển thích nghi Trước bàn ba hệ thống điều khiển trên, ta phải xem xét số vấn đề vướng mắc liên quan đến việc hệ thống điều khiển số cổ điển Chính vấn đề ảnh hưởng đến việc biến đổi hệ thống điều khiển số cổ điển hệ thống điều khiển nhờ máy tính 9.2 Những vấn đề ( khó khăn) NC cổ điển ( truyền thống) Có nhiều vấn đề NC cổ điển dẫn đến việc nhà chế tạo máy công cụ tìm kiếm việc cải thiện hệ thống điều khiển máy NC Những khó khăn bao gồm: Có lỗi lập trình gia công Khi chuẩn bò băng đục lỗ, lỗi lập trình thường Lỗi do: • Cú pháp sai • Số sai Để cho băng lỗ đúng, phải chỉnh sửa đến – lần ♦ Khó đạt trình tự gia công tốt ♦ CAD/CAM 129 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Đây khó khăn lập trình tay Một số ngôn ngữ lập trình NC nhờ máy tính hỗ trợ việc đạt trình tự gia công tốt Vận tốc lượng ăn dao không tối ưu thay tốc độ lượng ăn dao qúa trình gia công Vì người lập trình phải thiết lập tốc độ lượng ăn dao cho trường hợp xấu Băng đục lỗ dễ bò rách Có thể dùng giấy tốt, lại đắt tiền Bộ đọ đọc băng phần cứng yếu máy NC Khi có cố, nhóm thợ bảo trì thường bắt đầu tìm nguyên nhân nơi máy đọc băng Controller: Bộ điều khiển NC cổ điển loại gắn cứng (hard – wired) Điều có nghóa đặc điểm điều khiển dễ dàng thay đổi để đưa vào cải thiện bên thiết bò Việc dùng máy tính cải thiện tính thiết bò điều khiển nội suy đường cong có phần mềm tốt Management information Hệ thống NC cổ điển không đảm bảo thông tin theo thời gian gia công Những thông tin gồm: máy có cố thay dụng cụ cắt Các nhà chế tạo máy kỹ điều khiển luôn cải thiện công nghệ NC cách thiết kế hệ thống giúp giải vấn đề Nhiều cải tiến làm nhờ phát triển kỹ thuật điện tử Trong mục sau trình bày phát triển điện tử công nghệ Solid – state ( IC) mở đường cho phát triển điều khiển số (NC controller) 9.3 Công nghệ sản xuất điều khiển NC Công nghệ phát triển phần cứng điều khiển số thay đổi năm cách kòch tính Ít hệ điều khiển biết đến Bóng chân không (Circa 1952) Electromechanical Relays (Circa 1955) Discrete semiconductors (circa 1960) Intergrated Circuite (circa 1965) Direct numerical control (circa 1968) Computer numerical control (circa 1970) Microprocessors and Microcomputers (circa 1975) Mẫu máy NC chế tạo PTN servomechanism MIT dùng bóng chân không (Vacuum tubes) điều khiển Các thành phần điều khiển to thiết bò điều khiển chiếm nhiều không gian máy công cụ Nhưng công nghệ điều khiển vào thời gian đạt Một vài năm sau máy NC bán thò trường, điều khiển rele điện thay cho bóng chân không Loại kích thước to không tin cậy Ngay với loại điều khiển điểm-điểm cần tới vài tủ điện chứa đầy rơle Các rơle bò mòn việc đòi hỏi phải dự trữ số lớn phần tử làm cho hệ thống điều khiển kiểu không hợp lý CAD/CAM 130 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Việc sử dụng bóng đèn bán dẫn (Transistor) sở công nghệ bán dẫn tạo nên hệ thiết bò điều khiển số NC Việc sử dụng bóng bán dẫn giảm số rơle cần thiết, tăng độ tin cậy bóng bán dẫn tránh vấn đề mòn, giảm kích thước tủ điểu khiển, cho phép tăng số mạch phức tạp bô điều khiển NC Những hệ thống điều khiể cho phép thực phép nội suy đường tròn Tuy nhiên kích thước điều khiển to thiết bò điện tử dễ nhạy cảm nhiệt độ, cần phải trang bò quạt gió, thiết bò làm mát (điều hòa) bên tủ điện để đảm bảo điều khiển sản xuất tốt Khoảng 1965, IC (integrated circuits) dùng thiết bò điều khiển NC Việc dùng IC giảm kích thước tăng độ tin cậy Số thành phần giảm xuống đến 90%, giảm gía thành cho người sử dụng Xu hướng dùng LSI ( Large – Scale Integrated circuits) cho phép đưa vào nhiều đặc tính vào tủ điều khiển có kích thước nhỏ Một số đặc điểm chương trình nội suy Hyperbolic, chương trình đổi hệ inch → mét, tính toán tốc độ ăn dao theo véc tơ Sự phát triển tiếp dùng digital computer công nghệ điều khiển NC, làm thay đổi việc điều khiển NC Tất điều khiển cũ gắn cứng (Hard – wired) nên không dễ dàng thay đổi chất cố đònh chúng Máy tính số, ngược lại, dựa phương pháp khác Trong phương pháp chức điều khiển lập trình nhớ máy tính thay chương trình khác Vào năm 1968, DNC hệ thống điều khiển nhờ máy tính giới thiệu Trong trình phát triển công nghệ máy tính, máy tính thời to đắt tiền cách tốt dùng máy tính điều khiển nhiều máy công cụ theo kiểu chia sẻ thời gian (Time-Shared) Ưu điểm DNC thiết lập kết nối trực tiếp điều khiển máy tính máy công cụ, không cần phải có máy đục băng lỗ Băng lỗ máy đục lỗ trở nên không thích hợp hệ thống NC Do xu hướng làm cho máy tính trở nên nhỏ hơn, rẻ hơn, nên ngày sáng tỏ thực tế máy tính nhỏ gắn máy công cụ Khái niệm gọi Computer Numerical Control (CNC) Các hệ thống CNC thương mại giới thiệu vào năm 1970 chúng có ưu điểm điều khiển trở nên mềm dẻo Một điều khiển máy tính chuẩn thích nghi với nhiều dạng máy nhờ chức điều khiển lập trình vào nhớ máy tính cho loại máy riêng Ngày ưu CNC, máy NC cổ điển bán thò trường Những tiến công nghệ máy tính tiếp tục làm cho thiết bò điều khiển nhỏû nhỏ nữa, lại có tốc độ cao hơn, khả lớn giá thành thấp Việc cho phép nhà chế tạo máy thiết kế panel điều khiển phần tích hợp máy công cụ không chiếm phòng riêng biệt Việc giảm diện tích mặt Việc dùng VLSI (Very Large Scale Integrated circuits) có lợi cho người chế tạo lẫn người sử dụng Người chế tạo giảm giá thành chế tạo, người sử dụng giảm chi phí bảo trì sửa chữa sử dụng CAD/CAM 131 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Sau theo bước chân phát triển điều khiển NC từ ống chân không đến – microcomputer, bước qua xem xét kỹ công nghệ CNC DNC 9.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC) CNC hệ thống NC dùng máy tính có chứa chương trình để thực số hay tất chức điều khiển số Do máy tính ngày có kích thước nhỏ, phần lớn hệ thống NC đại dùng thiết bò điều khiển sở microcomputer Nhiều năm trước minicomputer sử dụng để điều khiển máy CNC Bề ngoài, máy CNC trông giống máy NC truyền thống Các chi tiết gia công lúc đầu gá đặt Thiết bò đọc băng lỗ thiết bò thông thường để nhập chương trình vào hệ thống Tuy nhiên với hệ thống điều khiển truyền thống băng dục lỗ quay lặp lại cho chi tiết loạt gia công Với CNC, chương trình cho vào lần lưu nhớ máy tính Vì máy đọc băng lỗ dùng nạp chương trình liệu gốc So với máy NC thông thường máy CNC mềm dẻo hơn, khả tính toán tốt Cấu hình chung hệ thống CNC vẽ hình 9.1 Máy đọc băng lỗ để đưa chương trình ban đầu vào Minicomputer microcomputer (software function and NC part program storage) Computer hardware interface and servor system Hình 9.1 Cấu hình chung HT CNC Các chức CNC Có nhiều chức thực CNC Một số chức máy NC truyền thống thực khó thực Các chức CNC gồm: Điều khiển máy công cụ (Machine tool control) Hiệu chỉnh bán kính dao qúa trình gia công (In – process compensation) Cải thiện việc lập trình vận hành (Improved Programming and Operating features) Chẩn đoán (Diagnostics) Điều khiển máy công cụ Chức hệ thống CNC điều khiển máy công cụ, biên dòch chương trình thành chuyển động qua giao diện máy tính servosystem Ưu điểm CNC chứa đựng khả điều khiển điều khiển gắn mềm (soft – wired)ø Một số chức điều khiển nội suy cung tròn CAD/CAM 132 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực thực HTĐK gắn cứng (hard – wired) tốt so với gắn mềm Việc dẫn đến phát triển CNC theo hướng: Hybrid CNC: CNC lai (phối hợp gắn cứng gắn mềm) Straight CNC: CNC trực tiếp (chỉ sử dụng điều khiển gắn mềm) Sơ đồ HT Hybrid CNC vẽ hình 9.2 Máy đọc băng lỗ để đưa chương trình ban đầu vào Minicomputer microcomputer (soft-wred) Motion interpolators & servor system (soft-wired) Motion feedback Interface logic (hard-wired) Hình 9.2 Hybrid CNC Trong hệ thống lai (Hybrid CNC ) Các thành phần gắn cứng (Hard – wired components) thực chức có lợi • Tính toán sinh lượng ăn dao (Feed rate gereration) • Nội suy đường tròn (Circular Interpolattion) Các chức khác computer (soft-wired components) thực Hybrid CNC sử dụng rộng rãi giá rẻ Straight CNC Trong hệ thống trực tiế tiếp (Straight CNC): Máy tính thực chức Sơ đồ Straight System vẽ hình 9.3 Motion feedback Máy đọc băng lỗ để đưa chương trình ban đầu vào Minicomputer microcomputer (soft wired) Servos and Interface logic (hard wired) Hình 9.3 Straight CNC HT trực tiếp Straight đắt tiền mềm dẻo Bù trừ qúa trình gia công (In – Process compensation) • Hiệu chỉnh bán kính dao qúa trình gia công, • Điều khiển sai số phát sinh qúa trình gia công Thuộc loại gồm CAD/CAM 133 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực ♦ Điều chỉnh sai số cảm nhận thiết bò đo ♦ Tính lại vò trí trục thiết bò kiểm tra dùng để đònh vò điểm tham chiếu chi tiết gia công ♦ Điều chỉnh bán kính dao ♦ Điều khiển thích nghi để điều chỉnh lại tốc độ cắt lượng ăn dao ♦ Tính toán chu kỳ bền dụng cụ cắt chọn dụng cụ khác đònh Cải thiện việc lập trình thao tác • Chỉnh lý chương trình gia công máy Việc cho phép điều chỉnh lại tối ưu hóa chương trình gia công • Cho đường chạy dao để kiểm tra băng lỗ • Nhiều kiểu nội suy: đường tròn, barabol, cubic • Sử dụng chương trình chuyên dùng • Nhập liệu tay (Manual Data Input) • Có thể lưu trữ nhiều chương trình Chẩn đoán (Diagnostic) CNC có trang bò thêm thiết bò chẩn đoán để giúp cho việc bảo trì sửa chữa hệ thống Các chức thiết bi chẩn đoán (Diagnostic) gồm: 1/ Phát nguyên nhân hư hỏng để sửa chữa nhanh chóng 2/ Ra dấu hiệu cảnh báo cố xảy ra, nhờ giảm thời gian sửa chữa tăng suất lao động 3/ Hệ thống CNC phải có số thành phần dự trữ để có hư hỏng thay ngay, không để máy chờ Ưu điểm CNC: 1/ Băng chương trình thiết bò đọc băng dùng lần để đưa chương trình vào máy tính Điều nâng cao độ tin cậy HT, thiết bò hay hư hỏng đọc băng 2/ Điều chỉnh chương trình máy 3/ Chuyển đổi inch ↔ mét 4/ Mềm dẻo 5/ Các chương trình người dùng viết riêng (MACRO) lưu nhớ máy tính Khi cần gọi dễ dàng 6/ Góp phần tạo hệ thống sản xuất toàn (Total manufacturing system): CNC dễ tương thích dùng hệ thống sản xuất lớn máy tính hóa Một bước quan trọng tiến đến hệ thống DNC (điều khiển số trực tiếp) CAD/CAM 134 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung 9.5 Direct Numerical Control (DNC) Các thành phần DNC (Hình 9.4) Các dây dẫn Máy tính trung tâm Bộ nhớ để lưu chương trình NC Máy công cụ Hình 9.4 Cấu hình tổng quát hệ thống DNC 1/ Máy tính trung tâm (Central computer) 2/ Bộ nhớ lưu trữ chương trình NC (Bulk memory, which stores the NC part programs ) 3/ Các dây truyền thông từ xa (Telecommunication lines) 4/ Máy công cụ (Machine tools) Các dây dẫn từ xa Máy tính mini vệ tinh Máy tính trung tâm Bộ nhớ đệm Máy tính mini vệ tinh Bộ nhớ để lưu chương trình NC Bộ nhớ đệm Máy tính mini vệ tinh Bộ nhớ đệm Máy công cụ Hình 9.5 Hệ thống DNC có máy tính vệ tinh CAD/CAM 135 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Đôi máy tính trung tâm máy công cụ có bố trí máy tính vệ tinh Mỗi máy tính vệ tinh điều khiển vài máy công cụ (hình 9.5) Các máy công cụ dùng để giảm bớt gánh nặng cho máy tính trung tâm Có dạng HT DNC 1/ Hệ thống sau đọc băng (Behind – the – Tape – Reater ( BTR) system)(hình 9.6) Máy tính DNC Hai nhớ đệm Bộ nhớ chức chương trình NC Máy công cụ Bộ đọc băng thay dây dẫn truyền thông Bộ điều khiển NC Hình 9.6 Hệ thống DNC với cấu hình BTR Đặc điểm: máy tính trung tâm nối với điều khiển NC không cần qua đọc băng lỗ Bộâ đọc băng lỗ thay dây truyền thông từ xa Hệ thống giống với NC truyền thống trừ nguồn chương trình Bộ điều khiển sử dụng nhớ đệm để nhận block từ máy tính biên dòch thành hoạt động máy Trong nhớ đệm nhận block liệu, nhớ đệm thực việc điều khiển máy 2/ Hệ thống DNC với điều khiển máy chuyên nghiệp (Special Machine control Unit)(hình 9.7) Máy tính DNC Bộ nhớ lưu chương trình NC Máy công cụ Bộ điều khiển NC truyền thống thay điều khiển chuyên nghiệp MCU chuyên nghiệp Hình 9.7 DNC với điều khiển máy chuyên nghiệp CAD/CAM 136 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung Bộ điều khiển máy chuyên nghiệp thiết bò thiết kế chuyên để giao tiếp dễ dàng máy tính máy công cụ Một thành phần quan trọng điều khiển máy chuyên nghiệp nội suy đường tròn đường chạy dao Hệ thống có độ xác nội suy cao hơn, tốc độ nội suy nhanh so với hệ thống BTR Hệ thống điều khiển máy chuyên nghiệp soft – wired NC truyền thống hard – wired Vì mềm hơn, linh hoạt Các chức điều khiển thay đổi dễ dàng để cải thiện qúa trình Trong hệ thống NC cổ điển việc thay đổi khó nhiều phải làm lại băng lỗ Hiện máy tính BTR có ưu điểm gía rẻ dễ đưa hệ DNC vào hệ thống NC cổ điển Hệ thống BTR không cần phải thay điều khiển cổ điển điều khiển máy chuyên nghiệp Tuy nhiên ưu điểm hệ BTR tạm thời, phần lớn máy NC bán với điều khiển máy tính mà mục đích tương tự điều khiển máy chuyên nghiệp gắn vào hệ DNC Các chức DNC: Có nhiều chức thực hệ thống DNC Các chức cho DNC màø máy tính NC cũ CNC thực Các chức DNC là: • NC không cần băng đục lỗ • Lưu trữ chương trình NC • Thu thập liệu, xử lý báo cáo • Truyền thông Mạng truyền thông để thực ba chức Truyền thông hệ thống nhiệm vụ trung tâm hệ DNC Các kết nối là: • Máy tính trung tâm với máy công cụ • Máy tính trung tâm người lập trình • Máy tính trung tâm và nhớ chứa chương trình NC Các kết nối truyềân thông chọn lựa hình thành hệ thống DNC: • Hệ thống thiết kế nhờ máy tính (CAD) • Hệ thống điều khiển hoạt động sản xuất • Máy tính xử lý liệu phối hợp • Hệ thống dự báo bảo trì từ xa • Các hệ thống tự động dùng máy tính nhà máy Ưu điểm DNC CAD/CAM Loại bỏ băng lỗ máy đục lỗ Khả tính toán nhanh linh hoạt Lưu chương trình NC dạng files Các chương trình lưu CL files Báo cáo tình hình sản xuất 137 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Thiết lập móng để phát triển nhà máy tự động điều khiển nhờ máy tính tương lai 9.6 Phối hợp DNC CNC Sự phối hợp DNC CNC làm tăng tăng khả cho hệ thống sản xuất nhờ máy tính Trước hết không cần băng lỗ máy đục lỗ cho máy CNC Máy tính DNC nạp trực tiếp chương trình cho nhớ CNC Không giống máy NC truyền thống, máy CNC có đủ nhớ để nạp toàn chương trình DNC Chương trình nạp lần block Việc giảm số lượng đầu nối cần thiết máy tính trung tâm máy công cụ Xu hướng tương lai hệ thống hỗn hợp DNC CNC, phần mềm điều khiển CNC có postprocessor Việc cho phép chương trình gia công NC nạp chương trình từ máy tính DNC dạng CL (Cutter Location) FILE, khỏi cần phải hậu xử lý trước đưa sang máy CNC Ưu điểm phối hợp DNC CNC khả dự trữ Nếu máy tính trung tâm bò hỏng, máy hệ thống không bò liệt Chỉ cần thực phục hồi cần thiết máy riêng biệt hoạt động thường Có hai yếu tố nói lên khả phục hồi Đó là: Có chương trình NC từ máy tính DNC Mổi máy CNC có trang bò thiết bò đọc băng lỗ nối với máy đọc băng lỗ lưu động Đương nhiên giá thành hệ thống phải tăng lên Ưu điểm thứ ba cải thiện liên lạc máy tính trung tâm và nơi sản xuất Với việc nối máy tính hai đầu, nhiều cố thiết kế nhà máy lớn loại trừ 9.7 Các hệ tthố hống máy NC điều khiển thích nghi: Điều khiển thích nghi (Adaptive Control –AC) có nguồn gốc từ nghiên cứu năm đầu thập kỷ 1960 phòng thí nghiệm nghiên cứu Bendix không lực Hoa kỳ tài trợ Lúc đầu hệ thống điều khiển thích nghi dựa thiết bò điều khiển tương tự, phản ánh tình trạng phát triển công nghệ thời Ngày AC dùng Microprocessor, thông thường tích hợp với hệ thống CNC đại Đối với máy gia công, thuật ngữ AC nghóa hệ thống điều khiển dùng để đo biến số hệ thống dùng chúng để điều khiển tốc độ lượng ăn dao Một số biến số dùng hệ thống máy điều khiển thích nghi tốc độ quay lực, moment, nhiệt độ cắt, biên độ dao động công suất Nói cách khác tất tham số cắt mà đo thử các hệ thống AC thí nghiệm Mục đích hệ thống điều khiển thích nghi làm cho hệ thống hoạt động có hiệu Hàm mục tiêu thường tốc độ cắt bỏ kim loại giá thành đơn vò thể tích vật liệu cắt bỏ CAD/CAM 138 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung AC dùng đâu ? Máy NC nói chung có ưu điểm giảm thời gian phụ ( gá đặt, thay dao, …) Tuy nhiên thời gia công so với máy lại không giảm Do qúa trình cắt điều khiển thích nghi tối ưu hóa chế độ cắt, giảm thời gian cắt Nơi mà AC ứng dụng có hiệu qủa là: 1/ Nơi mà dụng cụ cắt sử dụng ≥ 40% thời gian chu kỳ gia công 2/ Nơi có nhiều nguồn biến số phôi mà AC bù trừ Thực tế AC thích nghi lượng ăn dao vận tốc biếân số 3/ Nơi giá thành vận hành máy cao Giá thành vận hành máy chủ yếu vốn đầu tư cho thiết bò cao 4/ Nơi phôi điển hình cho AC vật liệu gồm thép, Ti tan, hợp kim bền cao Gang nhôm vật liệu hẫp dẫn AC, vật liệu thường dễ gia công Các nguồn biến đổi gia công (Source of Variability in machining) Dưới có nguồn biến đổi dùng AC Không phải tất nguồn cần hiệu chỉnh AC Tuy nhiên, người ta nhận thấy biến đổi lớn điều khiển thích nghi có lợi Chiều sâu chiều dày cắt thay đổi Độ cứng thay đổi Độ cứng vững thay đổi Mòn dao Mặt gia công không liên tục Những biến đổi nhiều không dự đoán Bây xem AC dùng để bù trừ biến đổi Hai dạng điều khiển thích nghi: 1/ AC tối ưu (ACO) – Adaptive Control Optimization 2/ AC giới hạn (ACC) Adaptive Control constraints Điều khiển thích nghi tối ưu: Trong hệ thống này, thông số tối ưu hóa đònh cho hệ thống Hàm đo suốt qúa trình gia công, thí dụ lượng phoi cắt giá thành khối lượng vật liệu cắt Nhiều hệ thống tối ưu hóa cách cực đại hóa tỉ lệ lượng kim loại cắt so với độ mòn dụng cụ Hệ viết: LVLCR ) LMDC Trong đó: LVLCR – Lượng vật liệu cắt LMDC – Lượng mòn dụng cụ Cái khó độ mòn dụng cụ đo trực tuyến công nghệ đo Vì vậy, hệ số IP điều khiển trình gia công Do IP = f ( CAD/CAM 139 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực cảm biến để đo độ mòn dụng cụ hệ thống ACO nên tất hệ thống điều khiển thích nghi thuộc loại thứ 2: ACC Hệ thống ACC phát triển với mức độ thông minh tốn so với ACO Các hệ thống sản xuất ACC sử dụng giới hạn dựa biến số đo Vì hệ thống có tên gọi ACC Mục tiêu hệ thống điều khiển vận tốc lượng ăn dao cho biến số đo nằm vùng giới hạn cho phép Hoạt động hệ thống ACC: Ứng dụng điển hình phay viền phay túi rỗng (profile, pocket) máy NC Vận tốc V – tham số điều khiển Lựa cắt P công suất cắt N biến số đo dược Gắn hệ thống ACC vào máy NC chuyện bình thường Có lý để máy NC dùng làm điểm bắt đầu tự nhiên cho việc ứng dụng AC: 1/ Máy NC thường có mô tơ điều khiển, 2/ Các phôi gia công thông thường cho máy NC có nguồn thay đổi mà AC thực (feasible) Nhiều công ty lớn ứng dụng AC vào HT NC họ Một công ty Macotech corporation In Seatle, Washington, chuyên cung cấp máy NC có điều khiển thích nghi cho công ty khác Bộ điều khiển thích nghi bao gồm phần cứng phần mềm Phần cứng gồm: Các cảm biến gắn trục để đo lực Các cảm biến đo dòng điện mô tơ trục Cái dùng để xác đònh công suất tiêu thụ Bộ điều khiển Panel hình để vận hành máy Giao diện phần cứng để nối hệ thống AC với NC máy CNC Phần mềm gồm chương trình khả gia công gọi dùng lệnh Macro viết ngôn ngữ APT Quan hệ chương trình gia công qúa trình lập trình gia công vẽ hình 9.8 AC input: Cutter, Material, … Part geometry and motion statements AC output: Feed, Speed, Force limits AC machinibility program APT program APT processor NC tape Hình 9.8 Quan hệ phần mềm AC chương trình APT CAD/CAM 140 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Các tham số vào chương trình gồm kích thước hình dáng dụng cắt, độ cứng vật liệu gia công, kích thước gia công, đặc tính máy cắt Dựa vào tham số vào này, chương trình tính toán cho giá trò • Lượng ăn dao • Vận tốc trụ • Giới hạn lực cắt cho vùng cắt Mục tiêu việc tính toán xác đònh điều kiện cắt để cực đại hóa tốc độ cắt bỏ kim loại Người lập trình gia công thường phải vận tốc lượng ăn dao để gia công Với điều khiển thích nghi, thông số tính toán nhờ phần mềm gia công sở liệu nhập vào người lập trình can thiệp vào Khi gia công, hệ thống AC hoạt động lực tính cho dụng cụ cắt cho trục máy Năng suất gia công cực đại hóa nhờ máy chạy vận tốc lớn mà lực cắt cho phép Vì lực phụ thuộc vào thông số chiều rộng chiều sâu cắt, lượng ăn dao giảm để bù trừ cho vận tốc cắt Khi lực cắt giảm, thí dụ chiều dày cắt giảm, chỗ vật liệu, lượng ăn dao tăng lớn Thông thường việc nhận biết dao cắt hay không cắt dựa vào cảm nhận có lực cắt hay không Khi dao không cắt, tức qua chỗ hở, lượng ăn dao tăng lần để giảm thời gian di chuyển vô ích Khi dụng cụ chạm vào vật liệu lượng ăn dao trở cũ Trong qúa trình gia công có nhiều thông số đo Ngày xưa, hệ thống Bendix dùng tới tín hiệu: nhiệt độ, moment rung động Ngày hệ thống Macotech dùng 2: lực cắt công suất cắt sinh môtơ Mục đích việc đo công suất bảo vệ mô tơ để khỏi bò qúa tải tốc độ hớt vật liệu lại bò giới hạn công suất trục lực cắt trục thíchh nghi Ích lợi gia công có điều khiển thíc 1/ Tăng suất gia công 2/ Tăng chu kỳ bền dụng cụ (tuổi thọ) 3/ Bảo vệ phôi tốt 4/ Người vận hành phải can thiệp 5/ Lập trình gia công dễ Những máy NC gia công có AC ngành hàng không Hoa kỳ cho thấy tiết kiệm 20 – 60% thời gian gia công 9.8 Xu hướng phát triển NC: • Thay băng đục lỗ băng từ • Sử dụng thiết bò kiểm tra NC ngày thông dụng ♦ Kiểm tra phôi qúa trình gia công nằm bàn máy ♦ Tự hiệu chỉnh vò trí dụng cụ để bù trù sai số máy ♦ Đònh vò mặt tham chiếu phôi sau gia công để đạt độ xác cao ♦ Kiểm tra dụng cụ cắt để xác đònh tình trạng dụng cụ (răng gẫy) CAD/CAM 141 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Ưu điểm việc dùng thiết bò kiểm tra tiết kiệm thời gian nâng cao độ xác gia công • Những hệ thống NC tiến tiến Ngôn ngữ APT lập trình NC già cỗi 40 năm (1959 – 1999) Lúc đầu dùng cho phương pháp phay cải tiến dần theo năm tháng cho nhiều nguyên công khác Nhiều khái niệm APT dùng kỹ thuật Modeling CAD/CAM Tuy nhiên phát triển mô hình hóa nhờ máy tính không phù hợp với đònh nghóa hình học APT Trong lónh vực nghiên cứu quan trọng có nhiều cố gắng phát triển dự án NC tiên tiến tên CAM – I Mục tiêu dự án phát triển hệ thống NC tiên tiến mà dùng khái niệm công nghệ CAD/CAM quản lý liệu Những vấn đề quan trọng dự án bàn Trong ngôn ngữ APT, chi tiết xác đònh phương pháp hình học đường, mặt phẳng, đường tròn Đường, mặt phẳng, đường tròn phần tử biên đường mặt vô tận đường tròn khép kín Còn thân chi tiết vật có biên, phần tử hình học APT xác đònh đầy đủ xác hình học chi tiết Bằng trật tự câu lệnh APT, dụng cụ di chuyển theo mặt chi tiết, bỏ qua phần đường tròn đường thẳng không liên quan đến chi tiết Theo cách xây dựng mô hình hệ thống CAD/CAM phôi xác đònh mặt cạnh tạo nên vật thể đặc chi tiết Mặt cạnh là vô tận Khái niệm gọi Boundary Geometry, ngược lại với khái niệm APT Một mục tiêu dự án CAM – dùng khái niệm chứa bên hình học biên để xác đònh chi tiết Một số mục tiêu quan trọng dự án là: 1/ Một tập ngôn ngữ mới: Dùng khái niệm hình học biên Sẽ có cố gắng làm cho ngôn ngữ tương thích với ngôn ngữ APT Ngôn ngữ mức cao so với APT 2/ Đa dạng: Không dùng để cắt kim loại mà dùng cho nhiều lónh vực khác kiểm tra, dập,… 3/ Thiết kế theo Module: chương trình phải thiết kế để thực chức • Phay Profile • Phay Pocket • Gia công theo điểm (PTP operation) • Tiện (Turning) • Kiểm tra (Inspection) Cách giống hệ thống CAD/ CAM đại dùng chương trình tự động, thiết kế để thực chức chuyên dùng Tự động hóa thực chức lập trình NC Lập trình NC bao gồm • Tạo đường chạy dao • Chọn dụng cụ • Lượng ăn dao • Tốc độ cắt CAD/CAM 142 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực • Thứ tự nguyên công Hệ thống NC đại phải tự động thực việc xác đònh tham số Kiểm tra giao Các chương trình phải xây dựng bên NC tiên tiến để kiểm tra khả va chạm dụng cụ đồ gá gia công va chạm khác Giao diện với sở liệu CAD/CAM: Hệ thống điều khiển số tiên tiến phải giao diện với sở liệu thiết kế gia công Dữ liệu thiết kế phải chứa liệu liên quan đến hình học chi tiết (phôi thô kích thước cuối chi tiết), đồ gá, dao cắt, khả chế tạo dao liệu giá thành Chức lập trình NC phải giao diện với chương trình lập quy trình gia công nhờ máy tính Các hệ thống sản xuất linh hoạt (HTSXLH): Một phát triển quan trọng DNC đưa vào ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS) Một FMS nhóm máy NC (hoặc trạm làm việc khác) có liên hệ với hệ thống vận chuyển vật liệu Toàn máy NC hệ thống vận chuyển điều khiển máy tính HTSXLH lần đưa vào ứng dụng vào khoảng năm 1980 Do qúa đắt (vài triệu đô la hệ thống) nên có khoảng chục hệ thống đưa vào ứng dụng Tuy nhiên, có nhiều hứa hẹn suất sản xuất hàng loạt nên cuối năm 1980 hệ thống FMS tăng lên FMS bước quan trọng tiến hóa nhà máy tự động nhờ máy tính tương lai Robotics Theo chất công nghệ lập trình, Robot công nghiệp có nhiều điểm chung với máy NC Robot dùng để vận chuyển phôi dụng cụ sản xuất Một nhiệm vụ quan trọng Robot nạp phôi vào lấy phôi khỏi máy gia công, kể máy NC Robot máy tạo nên tế bào sản xuất tự độïng với việc nạp phôi vào tế bào từ băng tải đưa chi tiết gia công tế bào đến băng tải khác Toàn công việc thực cách tự nhiên không cần đến người Bởi Robot phần quan trọng CAD/CAM, nên chương sau nói Robots CAD/CAM 143 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung CÂU HỎI ÔN TẬP Điều khiển máy NC máy tính nghóa gì? Tai phải điều khiển máy NC nhờ máy tính? Đặc điểm CNC gì? Cấu hình chung hệ thống CNC chức Ưu nhược điểm CNC DNC gì? DNC gồm thành phần gì? Các chức DNC gì? Ưu nhược điểm DNC Phối hợp DNC với CNC đưa lại lợi ích gì? Điều khiển thích nghi nghóa gì? Dùng nào? Có dạng điều khiển thích nghi nào? Các thành phần hệ thống điều khiển thích nghi kiểu giới hạn (ACC) mối quan hệ chúng Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển thích nghi Hãy nói xu hướng phát triển điều khiển số (NC) (kiểm tra phôi dụng cụ máy, phát triển ngôn ngữ lập trình NC, FMS, Robot) HẾT CHƯƠNG CAD/CAM 144 [...]... Robot là một phần quan trọng của CAD/ CAM, nên chương sau chúng ta sẽ nói về Robots CAD/ CAM 1 43 Chương 9 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung CÂU HỎI ÔN TẬP 1 Điều khiển máy NC bằng máy tính nghóa là gì? Tai sao phải điều khiển máy NC nhờ máy tính? Đặc điểm của CNC là gì? Cấu hình chung của một hệ thống CNC và các chức năng của nó Ưu nhược điểm của CNC 2 DNC là gì? DNC gồm những thành phần gì?... giữa chương trình gia công và qúa trình lập trình gia công được vẽ trên hình 9. 8 AC input: Cutter, Material, … Part geometry and motion statements AC output: Feed, Speed, Force limits AC machinibility program APT program APT processor NC tape Hình 9. 8 Quan hệ của phần mềm AC đối với chương trình APT CAD/ CAM 140 Chương 9 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Các tham số vào của chương trình. .. phần gì? Các chức năng của DNC là gì? Ưu nhược điểm của DNC Phối hợp DNC với CNC đưa lại lợi ích gì? 3 Điều khiển thích nghi nghóa là gì? Dùng khi nào? Có những dạng điều khiển thích nghi nào? Các thành phần của hệ thống điều khiển thích nghi kiểu giới hạn (ACC) và mối quan hệ giữa chúng Ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển thích nghi 4 Hãy nói về xu hướng phát triển của điều khiển số (NC) (kiểm tra phôi... (răng gẫy) CAD/ CAM 141 Chương 9 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực Ưu điểm chính của việc dùng thiết bò kiểm tra là tiết kiệm thời gian và nâng cao độ chính xác gia công • Những hệ thống NC tiến tiến Ngôn ngữ APT lập trình NC đã già cỗi trên 40 năm ( 195 9 – 199 9) Lúc đầu là dùng cho phương pháp phay rồi được cải tiến dần theo năm tháng cho nhiều nguyên công khác nữa Nhiều khái niệm của APT đã... Cái khó là độ mòn dụng cụ không thể đo trực tuyến bằng công nghệ đo hiện nay Vì vậy, hệ số IP không thể điều khiển trong quá trình gia công Do không có IP = f ( CAD/ CAM 1 39 Chương 9 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực cảm biến để đo được độ mòn dụng cụ trong hệ thống ACO nên hầu như tất cả các hệ thống điều khiển thích nghi hiện nay là thuộc loại thứ 2: ACC Hệ thống ACC được phát triển với mức... thống CAD/ CAM hiện đại dùng chương trình con tự động, được thiết kế để thực hiện các chức năng chuyên dùng 3 Tự động hóa thực hiện chức năng lập trình NC Lập trình NC bao gồm • Tạo đường chạy dao • Chọn dụng cụ • Lượng ăn dao • Tốc độ cắt CAD/ CAM 142 Chương 9 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Lê Trung Thực • Thứ tự nguyên công Hệ thống NC hiện đại phải tự động thực hiện việc xác đònh các tham số đó... thuật Modeling của CAD/ CAM hiện nay Tuy nhiên sự phát triển của mô hình hóa nhờ máy tính đã không còn phù hợp với các đònh nghóa hình học của APT nữa Trong lónh vực này một nghiên cứu quan trọng và có nhiều cố gắng phát triển là dự án NC tiên tiến tên là CAM – I Mục tiêu của dự án là phát triển một hệ thống NC tiên tiến mà có thể dùng được những khái niệm và công nghệ mới nhất trong CAD/ CAM và quản lý... dựa trên những biến số có thể đo được Vì thế hệ thống này mới có tên gọi là ACC Mục tiêu của hệ thống là điều khiển vận tốc và lượng ăn dao sao cho biến số đo được nằm trong vùng giới hạn cho phép Hoạt động của một hệ thống ACC: Ứng dụng điển hình là phay viền và phay túi rỗng (profile, pocket) trên máy NC Vận tốc V – tham số điều khiển được Lựa cắt P và công suất cắt N là những biến số đo dược Gắn một... gồm kích thước và hình dáng của dụng cắt, độ cứng của vật liệu gia công, kích thước gia công, và đặc tính của máy cắt Dựa vào các tham số vào này, chương trình sẽ tính toán và cho ra giá trò của • Lượng ăn dao • Vận tốc trụ chính • Giới hạn lực cắt cho mỗi vùng cắt Mục tiêu của việc tính toán này là xác đònh điều kiện cắt để cực đại hóa tốc độ cắt bỏ kim loại Người lập trình gia công thường phải chỉ... khác Bộ điều khiển thích nghi bao gồm phần cứng và phần mềm Phần cứng gồm: 1 Các cảm biến gắn trên trục chính để đo lực 2 Các cảm biến đo dòng điện của mô tơ trục chính Cái này được dùng để xác đònh công suất tiêu thụ 3 Bộ điều khiển và Panel màn hình để vận hành máy 4 Giao diện phần cứng để nối hệ thống AC với NC hiện tại hoặc máy CNC Phần mềm gồm chương trình về khả năng gia công có thể được gọi ra dùng ... điều khiển số (NC controller) 9 .3 Công nghệ sản xuất điều khiển NC Công nghệ phát triển phần cứng điều khiển số thay đổi năm cách kòch tính Ít hệ điều khiển biết đến Bóng chân không (Circa 195 2)... Robot phần quan trọng CAD/ CAM, nên chương sau nói Robots CAD/ CAM 1 43 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung CÂU HỎI ÔN TẬP Điều khiển máy NC máy tính nghóa gì? Tai phải điều khiển. .. truyền thống thay điều khiển chuyên nghiệp MCU chuyên nghiệp Hình 9. 7 DNC với điều khiển máy chuyên nghiệp CAD/ CAM 136 Chương ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH Thực Lê Trung Bộ điều khiển máy chuyên