Chuyên đề công nghệ CNC (P2) pdf

Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 21 -











Hình 1: Động cơ đồng bộ Roto với 3 cặp cực nam châm vĩnh cửu
Hiện tại trong máy CNC đang có xu hướng chuyển sang sử dụng động cơ tuyến tính
(Hình 2 )để tạo chuyển động tuyến tính với các ưu điểm sau đây:
 Đơn giản hơn về kết cấu cơ khí vì giảm bớt được các phần tử truyền trung
gian như hộp số và trục vít
 Do giảm bớt được các phần tử trung gian,tổn thất tổng thể giảm đáng kể ,mặc
khác đảm bảo độ chính xác cao hơn đặc biệt là các sai số do hao mòn cùng
với thời gian sẽ giảm đi đáng kể

Hình 2: Hệ truyền động sử dụng động cơ tuyến tính




Đạt được động học hệ thống với mức cao nhất, đồng thời loại được các chuyển động
xoắn tiềm ẩn trong chuyển động của trục vít






Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 22 -









Hình 3: So sánh truyền động thẳng tạo gián tiếp vổn trực tiếp

Trong một số máy phay, trục chính (trục quay dao) đòi hỏi tốc độ quay rất cao. Khi đấy
thậm chí ta có thể sử dụng một loại động cơ chuyên việt, được tích hợp sẵn trong trục chính
và sử dụng ổ bi từ ( Hình 3)









Hình 4: Trục chính có tích hợp sẵn động cơ và ổ bi từ

Loại động cơ chuyên việt trên có đăc điểm sau:
 Tốc độ tối đa đạt được là 40.000 vòng/phút với công suất cắt 40 Kw
 Ổ bi quay và ổ bi dọc trục có từ 2÷4 cặp nam châm
Bên việc sử dụng động cơ tuyến tính, có thể nói việc sử dụng ổ bi từ là một trong
những bước tiến quan trọng của ngành cơ khí, cho phép giảm tổn hao và tăng độ chính xác
(nhờ được loại trừ mòn do ma sát ) gia công với các trục chính cao tốc.Tuy nhiên lợi thế này
buộc chúng ta phải có khả năng áp dụng, cài đặt các phương pháp sử dụng ổ bi thích hợp

Giới hạn quay:
Các servo chuẩn được thiết kế để quay tới và lui từ 90-180
0
khi được cung cấp toàn bộ
chiều dài xung. Hầu hết các servo có thể quay được 180
0
hay gần 180
0

.

Nếu ta cố điều khiển servo vượt quá các giới hạn cơ học của nó, trục ra của động cơ sẽ
đụng vật cản bên trong, dẫn đến các bánh răng bị mài mòn hay dơ. Hiện tượng này kéo dài
trong vài giây sẽ làm cho động cơ bị phá huỷ.


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 23 -
Hệ thống truyền động bánh răng và truyền công suất:
Động cơ bên trong servo quay khoảng vài ngàn vòng/phút, tốc độ này quá nhanh để có
thể sử dụng trực tiếp lên mô hình máy bay, robot
Vì vậy tất cả các servo đều có một hệ thống bánh răng để giảm vận tốc của động cơ
khoảng 50-100 vòng/phút. Các bánh răng của servo có thể làm platic, nylon hay kim loại (
thường đồng thau hay nhôm). Bánh răng kim loại tuổi thọ cao nhưng đắt.

Mạch điều khiển servo:
Không giống động cơ DC ta chỉ cần lắp pin vào là chạy, động cơ servo đòi hỏi một
mạch điện tử chính xác để quay trục ra của nó. Có thể một mạch điện tử sẽ làm việc sử dụng
servo phức tạp hơn ở một mức độ nào đó nhưng thực ra mạch điện tử này rất đơn giản. Nếu
ta muốn điều khiển servo bằng máy tính hay bằng bộ vi xử lý thì chỉ cần một vài dòng lệnh
là đủ.
Một động cơ DC điển hình cần các transistor công suất, MOSFET hay relay nếu muốn
kết nối với máy tính. Còn servo có thể gắn trực tiếp với máy tính hay bộ vi xử lý mà không
cần một linh kiện điện tử nào cả.
Tất cả yếu tố cần thiết để điều khiển công suất đều được quản lý bởi mạch điều khiển
để tránh rắc rối. Đây là lợi ích chủ yếu khi sử dụng servo cho các robot điều khiển bằng máy
tính.
Điều khiển servo bằng IC định thì 555:

Ta có thể không cần đến cả máy tính để điều khiển servo. Một IC 555 có thể cung cấp
các xung cần thiết cho servo.










Hình5: Một phương pháp
phổ biến dùng IC 555 để điều khiển servo

Khi hoạt động, IC 555 sinh ra một tín hiệu xung có chu kỳ nhiệm vụ khác nhau để điều
khiển hoạt động của servo. Chỉnh Vôn kế để định vị servo. Vì IC 555 có thể dễ dàng tạo
xung rất dài và rất ngắn nên servo có thể hoạt động ngoài vị trí biên thông thường.
Khi servo gặp vật cản và kêu lạch cạch ta phải ngắt nguồn lập tức, nếu không các bánh
răng bên trong sẽ bị trờn.



Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 24 -
Dẫn động servo: Dùng máy phát chức năng
Một động cơ DC 3 dây có 3 dây vào: dây đỏ nối nguồn, dây đen nối đất, dây
trắng/vàng nối với tín hiệu điều khiển.
Một trong những cách đơn giản nhất để kiểm tra hay dẫn động servo là sử dụng máy

phát chức năng để tạo xung, có thể dùng hàm xung vuông của máy phát chức năng. Ta nên
điều chỉnh biên độ của xung vuông để tương thích với nguồn cung cấp cho servo.
Khi đã điều chỉnh biên độ của xung vuông, ta cũng có thể điều chỉnh độ rộng của dải
xung bằng cách điều chỉnh tần số của tín hiệu. Đối với động cơ servo, điểm trung hòa (độ
rộng xung mà tại đó động cơ được giữ ở góc 180
o
) vào khoảng 1,52ms. Bất kỳ xung nào có
độ rộng nhỏ hơn 1,52 ms sẽ làm cho động cơ quay một góc nhỏ hơn 90
0
và ngược lại. Chú ý
rằng động cơ servo chỉ quay trong khoảng (0
o
,180
o
) nếu chưa được hiệu chỉnh. Góc quay
này tương ứng với độ rộng xung từ 0,8 – 2,5ms. Vậy ta phải đảm bảo độ rộng xung tạo ra
nằm trong khoảng này.
Đối với servo được hiệu chỉnh để quay liên tục, nó sẽ không quay tại độ rộng xung
trung hòa, quay theo chiều kim đồng hồ nếu độ rộng xung nhỏ hơn độ rộng xung trung hòa,
ngược chiếu kim đồng hồ nếu độ rộng xung lớn hơn (nhưng vẫn phải nằm trong vùng giới
hạn trên).
2.5. Động cơ servo thủy lực
Ưu điểm:
- Được dùng phổ biến với các máy có công suất lớn.
- Giá thành thấp
- Có đặc tính hệ số khuếch đại cao
- Dễ làm trơn quá trình chuyển động
- Có khả năng chống quá tải
Nhược điểm:
- Cần phải giữ môi trường dầu luôn sạch, không có tạp chất

- Lực và quá trình chuyển động phụ thuộc nhiều vào độ nhớt của dầu
- Độ nhớt phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Do đó cần có hệ thống lọc dầu và làm mát
dầu
Sơ đồ khối:









Hình 1. Hệ thống điều khiển động cơ thủy lực


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 25 -
Van Servo: điều khiển lưu lượng và áp suất: nhận tín hiệu ngoài và lưu lượng áp suất từ
bơm Thủy lực.
Cung cấp 1 áp suất và lưu lượng hợp lý từ động cơ Thủy lực tới bàn máy và cuối cùng
tới vị trí cần đến.
Kết cấu van Servo: mục đích để điều khiển lưu lượng và áp suất

Hình 2. Kết cấu van Servo
Đóng mở các van điều chỉnh, điều tiết lưu lượng động cơ nhận tín hiệu ngoài 1 số
vòng nào đó thông qua đai ốc Vitme bi tạo ra chuyển động tịnh tiến của con trượt
thay đổi nguồn cung cấp ( lưu lượng ).

III. ENCODER
3.1. Khái niệm chung
Encoder là đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc đồng thời chuyển đổi vị trí góc hoặc
vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định được vị trí trục hoặc
bàn máy. Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu số. Encoder được sử dụng làm
phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máy CNC và robot.
Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ một
động cơ qua vit me đai ốc bi tới bàn máy. Vị trí của bàn máy có thể xác định được nhờ
encoder lắp trong cụm truyền dẫn.
3.2. Phân loại
Tùy thuộc vào chuyển động của Encoder mà người ta chia nó thành hai kiểu có nguyên
lý hoạt động hoàn toàn giống nhau:
 Encoder thẳng: chiều dài của encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động thẳng
tương ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dài thước.
 Encoder quay: là một đĩa nhỏ và kích thước encoder không phụ thuộc vào
khoảng cách đo. Nó có thể đo được cả thong số dịch chuyển và tốc độ.
Trong máy CNC điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ động cơ
qua trục vít me_đai ốc_bi tới bàn máy. Vị trí bàn máy có thể được xác định được nhờ
encoder lắp trong cụm truyền dẫn.


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45

- 26 -
Encoder quay chia làm hai loại: encoder tuyệt đối và encoder tương đối.
Sau đây chúng ta sẽ đề cập đến một số loại Encoder ở trên:
Encoder tuyệt đối
 Cấu tạo
Encoder kiểu tuyệt đối kết cấu gồm các
thành phần sau: nguồn sáng, đĩa mã hóa và các
phodetetor như hình vẽ.
Đĩa mã hóa được chế tạo từ vật liệu trong
suốt. Người ta chia mặt đĩa thành các góc đều
nhau và các đường tròn đồng tâm. Các đường tròn
đồng tâm và bán kính giới hạn các góc hình thành
các phân tố diện tích. Tập hợp các phân tố diện
tích cùng giới hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm gọi
là dải băng. Số dải băng trên đĩa phụ thuộc vào
khả năng công nghệ.
 Nguyên lý hoạt động
Đĩa mã hóa lắp trên trục, phía bên trái của đĩa mã hóa là nguồn sáng (LED), phía bên
phải là các photosensor, khuếch đại và tigger Smiths.
Tương ứng với mỗi dải băng là một nguồn sáng. Nguồn sáng và photosensor được lắp
cố định. Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, nếu đối diện với tia sáng là diện
tích phân tố trong suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa tới photosensor làm xuất hiện dòng qua
photosensor. Nếu đối diện với tia sáng là diện tích phân tố bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng
không tới được photosensor và trong photosensor không có dòng điện. Dòng ra của
photosensor nhỏ.
Vì vậy thường được đưa tới bộ khuếch đại, khuếch đại tín hiệu đủ lớn trước khi đưa tới
tầng tiếp theo. Do quá trình quay đĩa mã hóa, cường độ ánh sáng tăng từ nhỏ đến cực đại và
tiếp theo giảm dần đến khi tia sáng bị chặn hoàn toàn lúc đó dòng trong photosensor bằng
không.
Vậy để có thể tạo được xung vuông người ta cho tín hiệu qua mạch sửa dạng xung

trigger Smiths.
Gọi số góc trên đĩa là S và số dải là a, quan hệ giữa số góc và số dải biểu diễn theo
công thức: S = 2
a
với a- là số nguyên dương.

Giá trị góc chia trên đĩa mã hóa α được tính theo công thức:
α = 360
0
/S

H Các thành phần cơ bản của
Encoder


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 27 -
Encoder gia số
Encoder gia số được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Encoder gia số có hai dạng: kiểu thẳng và kiểu quay. Kết cấu encoder quay như hình
vẽ.
 Cấu tạo
Kết cấu encoder quay bao gồm:
+ Nguồn sáng
+ Thấu kính làm nhiện vụ biến đổi đường
đi của tia sáng thành các tia song song.
+ Đĩa phát xung được làm bằng vật liệu
trong suốt trên nó có một hoặc hai dải băng (dải
băng là tập hợp các vạch sáng tối có chiều dày

giống nhau). Một trong hai dải băng trên đĩa làm
nhiệm vụ tạo xung, dải băng còn lại dùng để xác
định gốc không quy chiếu. Đĩa phát xung được lắp trên trục và chuyển động quay cùng với
trục.
+ Đĩa thước cố định có xẻ bốn rãnh trên cùng một hàng, rãnh xẻ thứ năm bố trí trên
hàng riêng và thước được cố định trên vỏ cùng phía với photosensor. Tương ứng với số rãnh
trên là số photosensor, photosensor cũng được cố định với vỏ
encoder.
Nguyên lý hoạt động
Ánh sáng từ nguồn sáng 1 qua thấu kính 2 biến đổi thành
các tia sáng song song tới thước động 3. Vì thước động 3
chuyển động nên có thể xem thước 4 là cửa sổ và thước 3 như
là cách cửa sổ đóng mở điều khiển ánh sáng tới photosensor 5.
Khi cửa sổ mở rộng dần dần, cường độ sáng tăng dần,
dòng photosensor cũng tăng dần và dòng cực đại khi cửa sổ mở
hoàn toàn. Khi cửa sổ khép dần dòng trong photosensor giảm
dần và bằng khôn khi cửa sổ đóng hoàn toàn.
Với cách bố trí hợp lý hai cặp photosensor trên bốn đỉnh rãnh của thước cố định người
ta thu được sóng sin và cosin cho phép ta xác định chiều chuyển động của thước động


H10: Encoder gia số dạng
quay

H11: Nguyên lý hoạt
đ
ộng của Encoder kiểu


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn

Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 28 -

45
0

IV. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC
4.1. Khái niệm hệ điều khiển số
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 điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ
thống.Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ,các đại lượng đầu vào là
những thông tin,dữ liệu hay số liệu nạp vào
4.2. Các dạng điều khiển số
Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự
chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết. Qũy đạo của các chuyển động này được xác
định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển. Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm
cuối và quãng đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau. Các dạng điều
khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đường thẳng và điểu
khiển biên dạng phi tuyến
4.2.1. Dạng điều khiển theo điểm
Ở máy khoan, khoét, doa, cắt lỗ ren thì chi tiết gia công phải được định vị tại một
điểm cố định trên bàn máy. Trong quá trình định vị, dao không vào cắt mà chuyển động trên
các trục riêng lẻ lúc này đều không rành buộc bởi các quan hệ hàm số, tốc độ của các chuyển
động định vị không phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ.
Quá trình như vậy cũng xảy ra ở các máy hàn điểm hay máy gấp cạnh lá tôn khi điểu
khiển dịch động cho các mảng gá chặn, bàn gấp.
Điều khiển số thực hiện quá trình chuyển động này thuộc dạng điều khiển điểm

Ví dụ: khi gia công hai lỗ A,B có toạ độ (x
A

y
A
) (x
B

y
B
) trong hệ trục toạ độ XOY ta có thể điều khiển
theo 2 cách sau đây:
Trước hết di chuyển nhanh dụng cụ tới điểm A
(x
A
y
A
) sau đó thực hiện gia công lỗ A. Sau đó di
chuyển dụng cụ thoát ra khỏi lỗ gia công (đảm bảo
dịch chuyển dụng cụ an toàn, dịch chuyển đến điểm
B gia công lỗ B. Quá trình dịch chuyển điểm B được
thực hiện theo 2 cách như trên hình.

4.2.2. Điều khiển theo đường
Điều khiển theo đường là tạo ra các đường chạy song song với trục của máy. Trong khi
đó dao chạy liên tục tạo nên bề mặt gia công. Trong trường hợp điều khiển đường mở rộng
trên hai trục của máy chuyển động với tốc độ như nhau, đồng thời ta có thể gia công được bề
mặt côn có góc 45
0
.
y
B
X

B
x
y
A


y
X
A


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 29 -



Điều khiển đường được sử dụng trong trường hợp gia công chi tiết hình trụ hoặc ở máy
phay biên dạng song song với trục







4.2.3. Điều khiển theo đường contour
Ngoài chức năng điều khiển theo điểm và đoạn thẳng, người ta có thể điều khiển dụng
cụ chạy theo các đường bất kỳ trong mặt phẳng hoặc không gian có thực hiện gia công cắt
gọt. Tuỳ theo đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà ta có thể bố trí trục điều

khiển đồng thời là khác nhau, từ đó xuất hiện thuật ngữ máy 2trục, 3, 4, 5 trục (tức là số trục
được điều khiển theo quan hệ giàng buộc)
Điều khiển contour ta có thể tạo ra các đường contour hoặc đường thẳng tuỳ ý trong
không gian
a. Điều khiển 2D
Cho phép thực hiện đường contour của dụng cụ

cắt trong một mặt phẳng gia công.Ví dụ như trên máy
tiện dụng cụ sẽ dịch chuyển trên mặt phẳng XOZ để
tạo nên các đường sinh trên bề mặt.Còn trên máy phay
2D dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trên mặt
phẳng XOY để tạo nên đường rãnh hay mặt bậc bất kỳ



b. Điều khiển 2,1/2D

Dạng điều khiển này có khả năng thực hiện các chuyển động
của dụng cụ cắt theo bề mặt gia công .Thông qua chức năng G
trong chương trình có thể chuyển từ mặt X-Y sang X- Z



c. Điều khiển 3D
Bằng điều khiển này ta có thể thực hiện các chuyển
động của dụng cụ trong không gian ba kích thước,khi đó các
trục của máy chuyển động đồng thời


x

z

x

y

x
A
x
B
y
A

0

A

B

G00

G01



Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 30 -

d. Điều khiển 4D và 5D








Trên cơ sở của chuyển động 3D người ta còn bố
trí thêm cho chi tiết hoặc dụng cụ thêm 1 chuyển động
quay hoặc 2 chuyển động quay xung quyanh một trục nào đó theo quan hệ giành buộc của
các trục khác trên máy 3DS


4.3. Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control)
4.3.1. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC

 Điều khiển NC (Numberical Control)
Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan 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 dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển.
Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng
 Điều khiến CNC(Computerized Numerical Control)
Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao gồm 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 được thiết lập trước.
Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để thực hiện
những chức năng điều khiển theo yêu cầu.

Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo dạng điều
khiển CNC



Dụng cụ
Bề mặt gia công


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 31 -

4.3.2. Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC
Nâng cao tính tự động
Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển lớn. Do đó
tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ. Khi so sánh một máy công cụ không
được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang bị người ta nhận thấy năng suất tăng
gấp 3 lần

Nâng cao tính linh hoạt
Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết
khác nhau. Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia
công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật.

Nâng cao tính tập trung nguyên công
Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ hoặc nhiều bứơc
nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi

Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công

Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định. Ngoài ra máy CNC
còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người vận hành có thể quan sát tổng thể trực
tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót

Nâng cao hiệu quả kinh tế
Máy CNC vừa có khả năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả năng lập trình
trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí nghiệp có quy mô trung bình
và nhỏ. Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi một cách nhanh chóng công nghệ sản xuất nên
nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu của thị trường




Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 32 -

4.3.4. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển CNC
Hệ điều khiển máy CNC hiện nay được thiết kế để khi cần mở rộng hệ điều thì có
thể bổ xung thêm cho các chức năng đã có bằng modun khác.Do đó hệ điều khiển được thiết
lập thích hợp cho việc lắp đặt vào các phần mềm sử dụng các linh kiện điện tử hiện đại

Cấu tạo phần cứng của điều khiển CNC
a. Cụm vi xử lý
Cụm vi xử lý thực chất là hạt nhân của một thiết bị xử lý số, nó thực hiện các chức
năng tính toán và điều khiển. Các phần tử chủ yếu của nó bao gồm:
Bộ nhớ sơ bộ: còn gọi là truy nhập phụ trợ. Bộ nhớ này chứa đựng các thông tin cần
thiết cho điều khiển diễn biến chương trình. Ví dụ truy nhập các chỉ số, truy nhập các địa chỉ
cơ bản
Truy nhập cảnh báo: trong mỗi cảnh báo là một dấu hiệu chuyên dụng hay tín hiệu báo
sự xuất hiện của một trạng thái xác định. Đa số các cảnh báo được đưa ra một cách tự động
từ bộ vi xử lý
Bộ tích nhớ (Accumlator): là bộ nhớ hàm chứa những dữ liệu cần ghép và tiếp nhận
kết quả của những tính toán số học và tính toán logic dùng để thực hiện mạch nối ghép Cụm
logic ALU là một phần của cụm vi xử lý đảm nhiệm tính toán số học

Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 33 -


Điều khiển thao tác lệnh: giải mã phần điều hành của mỗi lệnh chứa trong phần truy
nhập lệnh và sản sinh các tín hiệu điều khiển cho quá trình thực hiện lệnh
Truy nhập lệnh: là bộ nhớ các lệnh vừa được xử lý
Bộ nhớ sếp chồng: Hoạt động theo nguyên tắc LIFO nghĩa là thông tin cuối cùng lại
được đưa ra đầu tiên.

b. Phần mềm của hệ thống điều khiển số
Phần mềm của hệ thống điều khiển số bao gồm nhiều khối liên hệ với nhau. Những bộ
chương trình này được xử lý theo chu kỳ, trong đó những đòi hỏi từ bộ phát chu kỳ ngoại vi
Hình 1, nêu rõ cấu trúc ưu tiên trong phần mềm hệ thống của một hệ thống điều khiển
số. Các chương trình có cấu trúc ưu tiên cao hơn, theo qui luật, chạy thường xuyên hơn là
chương trình có mức ưu tiên cao hơn. Tuy nhiên phải đảm bảo mỗi chương trình một khối
chương trình có thể chạy lại được thường xuyên và chỉ như thế hệ thống mới hoạt động tốt

Chỉ thị
Vào/ra(bảng điều khiển PC) RFI
RFI Nội suy (tính toán hình học) RFI
RFI Chương trình đọc vào RFI
RFI Điều chỉnh vị trí RFI
RFI Các chức năng trong vùng nhớ RFI


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 34 -
V. MÀN HÌNH VÀ BẢNG ĐIỀU KHIỂN

Màn hình để hiển thị thông tin gia công và chi tiết gia công được mô phỏng.
Bàn điều khiển để lập trình điều khiển gia công bằng tay và điều khiển các hoạt động
của máy.

VI. MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH
Hiện nay trên thế giới đang sử dụng chủ yếu một số hệ điều hành sau cho các máy
CNC. Đó là: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens,…Trong đó 2 nước đứng đầu phải kể đến
Đài Loan và Trung Quốc.



Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 35 -
D. Giới thiệu về một số máy CNC
I. MÁY PHAY CNC: SERIAL KDVM - L
1.1. Đặc tính kỹ thuật
Máy có thể thực hiện phay 3D ngoài ra máy có thể thực hiện các nguyên công như
tiện, khoan, doa, taro.v v
Độ chính xác lặp lại là 0.01, Điều khiển 3 trục x, y, z hiệu quả và có thể phay theo

chiều thẳng đứng, tiện, doa theo các mặt tọa độ như XY, XZ , YZ .
Khung máy được thiết kế vững chắc đảm bảo trong quá trình gia công cắt gọt không
bị rung và gây sai số. Chất lượng bề mặt gia công cao .
Cổng truyền dữ liệu RS232 thích hợp với chương trình CIMCO9.6 pro.
Bộ điều khiển Fanuc, Hanuc, Simenuc, Heidelheil v v


















Máy phay CNC –Model:KDVM 1000 L



Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 36 -

1.2. Thông số kỹ thuật

MODEL Đơn vị KDVM800L KDVM1000L
Kích thước bàn máy
mm 930x510 1130x510
Hành trình trục X
mm 800 1000
Hành trình trục Y
mm 500
Hành trình trục Z
mm 510
Phạm vi dịch chuyển trục chính mm 550
Chuôi côn trục chính
BT40
Tốc độ trục chính
v/phút 8000
Di chuyển nhanh không tải các trục X,Y,Z
mm/p 20000
Số lượng rãnh chữ T và kích thước
3 - 18
Trọng lượng phôi gia công
Kg 6000
Momen động cơ X/Y NM 12
Momen động cơ Z
NM 12
Số vị trí gá dao
20 24
Kích thước dao
ø80x300 ø90x250

Trọng lượng dao
kg 7.5
Công suất động cơ trục chính
mm/ph 7.5/ 11
Độ chính xác lặp lại
mm ±0.003
Trọng lượng máy
kg 5000 5200


Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 37 -
II. MÁY TIỆN CNC –SERIAL:PDL-T6/8
2.1. Đặc tính kỹ thuật
- Máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều chủng loại sản phẩm
tinh xảo, vận hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn.
- Bộ điều khiển FAGOR có giao diện thân thiện sử dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ
thống Simulation hiện đại, dễ hiểu, độ anh toàn đáng tin cậy.
- Cổng truyền Pro RS-232 thích ứng với Windows 98/ 2000/ XP.
- Động cơ trục chính AC, máy sử dụng Bi Đũa có độ chính xác cao, Ụ định tâm
chịu lực cực tốt.

Máy tiện CNC – Model PDL –T8

2.2. Thông số kỹ thuật

MODEL Đơn vị PDL – T6/T6A

PDL -T8/T8A

Đường kính tiện vượt băng máy mm Ø420 Ø550
Đường kính tiện vượt bàn xe dao mm Ø330 Ø330
Đường kính vật tiện lớn nhất mm Ø200/250 Ø250/350
Hành trình trục X mm 180 220
Hành trình trục Z mm 370 550
Đường kính lớn nhất của chấu cặp inch 6 / 8 /10
Tốc độ trục chính V/ph 6000/4800 4500/3500
Đường kính lỗ trục chính mm Ø56 / 62 Ø62 / 87
Độ côn trục chính A2-5 / A2-6 A2-6 / A2-8
Công suất động cơ kw
5.5 / 7.5 15/18.5

Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 38 -
9 / 12 18.5 / 22
Đường kính ụ chống tâm mm Ø 75 Ø 95
Hành trình ụ chống tâm mm 100 125
Độ côn ụ định tâm No4 No5
Tốc độ di chuyển không tải trục X/Z m/ph 7/6 7/6
Số vị trí gá dao 4 / 6 / 12 / 20 / 30 /48
Bộ điều khiển CNC Fanuc / Siemen/ Mitsubishi
Kích thước dao (tiện/khoan) mm 20x20 / 25x25
Chiều dài máy mm 1750 2000
Chiều rộng máy mm 3010 3550
Chiều cao máy mm 1850 1960
Trọng lượng máy kg 3800/4000 4700/5000
Bước dịch chuyển nhỏ nhất mm 0.001



III. GIA CÔNG BẲNG TIA LỬA ĐIỆN
3.1. Tổng quan về Gia công bằng tia lửa điện
Gia công bằng tia lửa điện được phát triển năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng
người Nga tại trường Đại Học Moscow là Giáo Sư- Tiến Sĩ Boris Lazarenko và Tiến Sĩ
Natalya Lazarenko cho đến nay phương pháp này đã được phổ biến rộng rãi trên toàn thế
giới.
3.2. Khái Niệm



Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn

Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 39 -
Gia công bằng tia lửa điện(Electrical Machining Discharge) là phương pháp gia
công hớt đi một lượng vật liệu thông qua quá trình ăn mòn điện- nhiệt làm lớp vật liệu đó
bị nóng chảy và bốc hơi dựa vào sự phóng điện giữa 2 điện cực của máy gia công.
* Ưu điểm:
- Gia công được các loại vật liệu có độ cứng tùy ý
- Điện cực có thể sao chép hình dạng bất kì, chế tạo và phục hồi các khuôn dập bằng
thép đã tôi
- Chế tạo các lưới sàn, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng những điện cực rất
mảnh.
- Gia công các lỗ có đường kính rất nhỏ, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính
lớn.
- Do không có lực cơ học nên có thể gia công hầu hết các loại vật liệu dễ vỡ, mềm…
mà không sợ bị biến dạng
- Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt gia công được tôi trong dầu.
* Nhược điểm
- Phôi và dụng cụ (điện cực) đều phải dẫn điện
- Vì tốc độ cắt gọt thấp nên phôi trước gia công EMD thường phải gia công thô trước.
- Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên dễ gây biến dạng nhiệt.
- Khi gia công phải có chất điện môi
3.3. Các Phương pháp gia công bằng tia lửa điện
3.3.1.Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình: Gọi tắt là
phương pháp “xung định hình”.
Khi gia công thì kích thước và hình dạng của chi tiết được chép lại kích thước, hình
dáng của dụng cụ hay điện cực. Thường dùng để tạo hình những chi tiết đục lỗ nhưng không
thông.
3.3.2. Gia công tia lửa điện bằng cắt dây:

Điện cực là một sợi
dây kim loại mảnh có đk = 0,1
đến 0,3mm được quấn liên tục
và chạy dao theo một công tua
xác định.







Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45
- 40 -
3.4. Cơ sở công nghệ của quá trình gia công bằng tia lửa điện
3.4.1. Bản chất vật lý


- Đặt một điện áp giữa điện cực và phôi.
Nếu khoảng cách h quá lớn thì sẽ
không có quá trình phóng điện.
Khi cho h< đến một giá trị nào đó
thì sẽ xảy ra quá trình phóng điện tạo ra
cầu ion.
Đến một lúc nào đó cầu này nóng
lên xảy ra hiện tượng ngắn mạch, KL nóng
chảy, bốc hơi tạo thành các bọt khí ( t
o
= 10000

o
C, p= 1Kbar). Khi KL biến thành hơi thì đột
ngột mất dòng, các bọt khí vỡ ra và hóa hơi.
Như vậy, có 3 quá trình chính đó là:
+ Đánh lửa
+ Hình thành kênh phóng điện
+ Nóng chảy và bốc hơi vật liệu.
- Không gian giữa điện cực và phôi phải được điền đầy bởi một chất điện môi.
- Để có thể làm phát sinh tia lửa điện, một điều không thể thiếu được là một thời gian ngắn
sau khi đã có dòng điện chạy qua 2 điện cực thì phải ngừng cung cấp năng lượng. Đơn giản
người ta dùng bộ phát xung RC như trên để cung cấp xung răng cưa.
3.4.2. Nguyên Lý gia công tia lửa điện

Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao gồm có
hai bộ phận chủ yếu: máy công cụ và nguồn cung cấp điện.