CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CỦA MÁY CNC 1.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁY CNC CNC viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) các bộ phận kim khí( hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G. CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở trong phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT. Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu.
Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kĩ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác. Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận.
Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết. Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất (trong tầm giới hạn). Các loại máy tiện CNC phổ biến hiện nay gồm có: Máy tiện CNC 9 do an Máy phay CNC Máy khoan tia lửa điện CNC Máy cắt dây, độn dập CNC Ưu điểm của máy CNC: So với các máy công cụ thường dùng, máy CNC có nhiều ưu việt hơn, thể hiện ở các điểm sau: Gia công được nhiều chi tiết phức tạp hơn. Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn.
Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao hơn và giảm thời gian phụ. Tính linh hoạt cao hơn. Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn. Chi phí kiểm tra giảm.
Chi phí do phế phẩm giảm. Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất. Giảm số nhân công. Hiệu suất cao.
Tăng năng lực sản xuất. KẾT CẤU MÁY CNC: Gồm 2 phần chính đó là: + Phần cơ khí: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng. + Phần điện: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm.1 Phần cơ khí: Hình 1.1: Cấu tạo máy CNC Thân máy và đế máy Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc. Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác.
Yêu cầu: -Phải có độ cứng vững cao. -Phải có các thiết bị chống rung động. -Phải có độ ổn định nhiệt. Mục đích: -Phải đảm bảo độ chính xác gia công.
-Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy. Bàn máy Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển 11 do an động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp. Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy.
Nó làm tăng tính vạn năng cho máy CNC. Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính xác. Cụm trục chính Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công.2: Cụm trục chính Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục chính được điều khiển bởi các động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng.
Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này 12 do an cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh. Các dạng điều khiển trục chính. Điều khiển đai Điều khiển trực tiếp Điều khiển bánh răng -Truyền động từ động cơ -Ưa điểm chính là nó có -Nó có khả năng duy trì tới trục chính thong qua thể cải thiện được tốc độ tốc độ 10000 v/p ở chế dây đai.
trục chính lên đến 12000 độ tải nặng. v/p -Tạo ra quá trình làm việc êm Ray dẫn hướng Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của ban theo X,Y và chuyển động theo trục Z của trục chính. Yêu cầu của hệ thống thanh trươt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt.3: Ray dẩn hướng Trục vit me, đai ốc Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi: 13 do an Hình 1.4: Vít me đai ốc Vít me đai ốc thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn. Ổ tích dụng cụ Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công.
Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau. Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hoá cao, có 3 dạng chính : Hình 1.4: Ổ tích dụng cụ 14 do an Các xích động của máy Tất cả các đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy các xích động học chỉ còn 2 loại cơ bản sau: - Xích động học tốc độ cắt gọt - Xích động học của chuyền động chạy dao Việc tính toán thiết kế, chế tạo được thực hiện theo modun hoá. Thông thường các xích cắt gọt bắt đầu tự một đọng cơ có tốc độ thay đổi vô cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ có từ 2 đến 3 cấp độ, nhằm khuếch đại các momen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu của động cơ.2 Phần điện: Các cụm điều khiển chính trên máy CNC Cụm điều khiển máy MCU(Machine Control Unit) Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số. Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số CNC.
Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết →trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao. Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện. Cụm dẫn động(Driving Unit) Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động. Trong đó, động cơ và các sensor phản hồi là thành phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển số CNC: 15 do an Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để thực hiện điểu khiển máy, các chức năng bao gồm: + Số liệu vào (Data input) +Xử lý số liệu (Data procesing) + Số liệu ra (Data output) +Ghép nối vào (Machine I/O interface) +Phần cứng điều khiển: gồm 6 thành phần cơ bản Máy tính CPU Bộ nhớ RAM, ROM Hệ thống BUS Điều khiển trình tự PMC Điều khiển SERVO Bộ phần ghép nối Các loại động cơ trên máy CNC Động cơ một chiều: -Ưu điểm: + Momen khởi động lớn, dễ điều khiên tốc độ và chiều, giá thành rẻ.
-Nhược điểm: + Dải tốc độ điều khiển hẹp. + Phải có mạch nguồn riêng. Động cơ xoay chiều: -Ưu điểm: + Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều. + Đa dạng và phong phú về chủng loại, giá thành rẻ.
-Nhược điểm:+ Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ. + Mạch điểu khiển tốc độ phức tạp. Động cơ bước: -Ưu điểm: + Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, không cần mạch 16 do an phản hồi. + Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.
- Nhược điểm: + Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ.5: Động cơ bước Động cơ servo: Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kỳ lí do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn.
Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. 17 do an Hình 1.6: Động cơ servo Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như : Momen quán tính nhỏ. Đặc điểm động học tốt. Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay.
Có dải tần số công tác rộng 0÷400 Hz. 18 do an Hình 1.7: Hệ thống cơ khí trong máy phay CNC 3 trục 1.