Chương 1: Tổng quan về máy CNC và hệ thống điều khiển. Chương 2: Công nghệ máy CNC ứng dụng tia Laser. Chương 3: Thiết kế và xây dựng máy khắc Laser 2 trục. TỔNG QUÁT VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.
KHÁI QUÁT VỀ CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC. Sơ lƣợc về máy CNC và quá trình phát triển. Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, rô bốt, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản phẩm.) trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng. là cao nhất. Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8bit. cho đến nay đã đạt đến 32 bit cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý.
Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển và đạt đến trình độ rất cao như các phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt và tổ hợp CIM(Computer Integrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các rôbốt cấp phôi liệu và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lý chất lượng tiên tiến, các kiểu nhà kho hiện đại được đưa vào áp dụng đã mang lại hiệu quả kinh tế rất đáng kể.1 mô tả tổ hợp CIM.1: Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM. Cơ sở của máy CNC. Các trục của máy CNC được trang bị dụng cụ đo vị trí để xác định tọa độ các bàn máy và của dụng cụ cắt. Khi bàn máy di chuyển thì các dụng cụ đo lường phát ra tín hiệu điện, hệ điều khiển CNC xử lý tín hiệu điện này và xác định vị trí chính xác của bàn máy trong hệ trục tọa độ được biểu diễn bởi hình 1.2: Cơ sở của các máy CNC.
Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC phải nằm trong một hệ trục tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải. Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo các trục tương ứng. Một máy công cụ CNC có thể điều khiển tới 6 trục gồm tịnh tiến theo X, Y, Z, và các trục A, B, C quay quanh các trục Z, Y, Z. Một điểm trong không gian hệ tọa độ Descarte được xác định tọa độ qua hình chiếu của nó lên ba trục X, Y, Z như hình 1.3: Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ Đề Các.
Đặc điểm và phân loại. Một cách tổng quát các máy công cụ CNC có thể được phân loại theo các đặc điểm sau: - Truyền động: Thủy lực, khí nén và điện. - Phương pháp điều khiển: Tọa độ hay quỹ đạo. - Hệ thống định vị: Định vị kích thước tuyệt đối và định vị nối tiếp - Các vòng lặp điều khiển: vòng hở, vòng kín, vòng nửa kín.
- Số trục tọa độ: 3 trục, 4 trục, 5 trục. Theo chức năng thì các máy công cụ CNC cũng như các máy công cụ vạn năng, có thể được chia thành các nhóm sau: -Nhóm máy tiện đại diện cho các máy tiện trong, tiện ngoài trên một phôi đang quay, cũng như cắt ren trong và ren ngoài. -Nhóm máy khoan, doa để khoan, doa các phôi. -Nhóm máy phay để phay những chi tiết có cấu tạo hình học đa dạng tạo ra các bề mặt và các góc đa dạng và cũng có thể khoan, phay và doa.
Thay đổi nguyên công bằng các thay dụng cụ cắt, có nghĩa là chỉ cần một lần gá kẹp. -Nhóm máy mài để gia công tinh. Nhóm này bao gồm các máy mài trục, mài lỗ, mài phẳng, mài răng, mài rãnh then, mài dụng cụ. -Nhóm trung tâm gia công: Khoan, phay, tiện, doa… 1.
NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ. Chương trình gia công một chi tiết. Chương trình gia công chi tiết gồm có các chương trình điều khiển số và dữ liệu. Chương trình điều khiển được soạn thảo bằng ngôn ngữ lập trình và lưu giữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ hoặc đĩa Compact CD) sau đó được nạp vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích.
Dữ liệu gồm các giá trị hiệu chỉnh biên dạng, các dữ liệu hiệu chỉnh máy, các số liệu về dụng cụ cắt. được nạp vào từ bẳng điều khiển. Chương trình điều khiển và dữ liệu được chuyển trực tiếp từ máy tính chủ sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công (hệ DNC). Khối điều khiển.
Chức năng của khối điều khiển là thực hiện chương trình gia công chi tiết trên cơ sở dữ liệu sẵn có và tín hiệu từ bên ngoài. Nhận các giá trị vị trí của các trục từ Sensor đo vị trí Encoder, và tốc độ của các trục. Thực hiện các chương trình điều khiển các cơ cấu chấp hành, động cơ của trục chính, động cơ của các trục truyền động riêng lẻ để phối hợp tạo nên biên dạng và điều khiển tốc độ các trục. Điều khiển Logic.
Điều khiển toàn hộ hoạt động của hệ như sau: tốc độ chạy nhanh (không cắt) tối đa, bố trí xắp đặt các trục máy, các trạng thái đóng ngắt mạch của hệ điều khiển và giới hạn vùng làm việc của hệ thống công nghệ (bàn máy, gá lắp, dụng cụ), lệnh đóng ngắt bơm dung dịch làm mát và bôi trơn, lệnh tạo số vòng quay cho trục chính, lệnh thay dụng cụ. Đầu ra khối điều khiển Logic điều khiển các cơ cấu chấp hành như: Van thủy lực, van khí nén, các rơ-le. Cấu trúc các khối chức năng của hệ thống CNC.4: Sơ đồ cấu trúc các khối của hệ CNC. Chú thích: 1 Màn hình.
2 Bảng điều khiển. 3 Mạch ghép nối. 4 Tay quay điện tử. Màn hình dùng để hiển thị tọa độ hiện tại của các trục truyền động, trạng thái làm việc của toàn hệ thống.
Bảng điều khiển để vào dữ liệu điều chỉnh máy, lập trình gia công, cài đặt hệ thống. Tay quay điện tử dùng để vận hành máy trong các trường hợp để hiệu chỉnh máy, do chi tiết. mà phải mở cửa làm việc Các khối vào ra (I/O), các bộ phận điều khiển truyền động (BĐK) liên lạc với CPU thông qua một Bus hệ thống. Các khối Flash + Ram để lưu trữ các chương trình điều khiển, dữ liệu máy và liên lạc với CPU thông qua Bus trong của CPU.
Hệ thống tính toán và điều khiển. Khái niệm phân loại. Hệ điều khiển CNC thực hiện lưu đồ điều khiển như hình 1. Giai đoạn đầu tiên, những thông tin về kích thước đông nghệ được đưa sang khâu chuẩn bị chương trình, sau đó là cộng việc lập trình điều khiển.5: Lưu đồ điều khiển hệ CNC.
Chương trình điều khiển được đưa vào thiết bị tính toán điều khiển, tạo thành tín hiệu điều khiển cho các hệ truyền động điện tự động. Cấu trúc của thiết bị tính toán điều khiển có thể chia ra làm hai nhóm: NC và CNC. Trong hệ CNC các chương trình điều khiển được đưa vào khối xử lí sao cho chương trình sau đó qua đầu vào đưa đến các khối giả mã nhằm tạo ra các mã tương thích của máy. Tín hiệu này hoặc đưa trực tiếp vào khối điều khiển hoặc đưa vào bộ nhớ đệm và cuối cùng đến bộ nội suy để tính toán phân ra các chuyển động trên các trục tọa độ.
Mặt khác thông tin điều khiển còn đưa ra các lệnh điều khiển công nghệ như tốc độ cắt, xoay chi tiết, thay dao. Chuẩn bị chƣơng trình điều khiển cho hệ CNC. Chuẩn bị trƣơng trình từ máy vi tính. Chuẩn bị chương trình điều khiển thực hiện bằng tính toán trực tiếp với chi tiết gia công phức tạp mất nhiều thời gian và độ chính xác không đảm bảo.
Ngày nay người ta thường thực hiện chuẩn bị chương trình nhờ máy tính. Đặc trưng của lập trình bằng máy là việc ứng dụng một ngôn ngữ lập trình định hướng đối tượng. mô tả cách thức lập trình bằng máy.6: Lưu đồ lập trình bằng máy. Với sự trợ giúp của ngôn ngữ lập trình như vậy ta có thể: - Xác định những nhiệm vụ gia công tương đối đơn giản và không cần thực hiện các tính toán bằng tay.
- Chỉ cần truy nhập một số ít dữ liệu có thể sản sinh một số khối lượng lớn các số liệu cho nhiệm vụ gia công. - Những tính toán cần thiết đều do máy tính thực hiện. - Dùng một ngôn ngữ biểu tượng tương đối dễ học mà các từ của nó hợp thành bởi những khái niệm phổ biến Trong ngôn ngữ chuyên môn của kỹ thuật gia công. - Tiết kiệm phần lớn thời gian trong khi mô tả chi tiết cần gia công và các chu trình công tác cần thực hiện.
- Hạn chế được các lỗi lập trình, vì so với lập trình bằng tay chỉ cần cấp ít dữ liệu vào máy tính và hầu như không cần phải tính toán. Trong việc thực hiện tự động hoá chuẩn bị chương trình điều khiển máy tính sẽ đảm nhận các bài toán về kích thước hình học và công nghệ tính toán các toạ độ điểm tựa, tiệm cận hoá các đường cong, tính toán các tham số khoảng cách đẳng trị. Tính toán lượng ăn dao và tốc độ cắt, cụ thể gồm các bước sau: - Chọn ngôn ngữ để mô tả quỹ đạo chuyển động, ngôn ngữ này phải có đủ khả năng mô tả được các kích thước tham số của quỹ đạo chuyển động với lời diễn tả đơn giản dễ sử dụng. - Gia công thuật biến đổi thông tin về kích thước hình học sao cho có thể phối hợp với ngôn ngữ của máy gia công.
- Tạo các thuật toán giải các bài toán mẫu theo các quỹ đạo gia công đặt ra. - Gia công các thuật toán đẻ phục vụ cho các đối tượng cụ thể. CÔNG NGHỆ MÁY CNC ỨNG DỤNG TIA LASER 2. NHẬN XÉT VỀ CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC CỔ ĐIỂN.
Các máy CNC cổ điển như máy CNC khoan, phay, tiện, doa…đã được phát triển ngày càng hoàn thiện và tinh vi.
