đồ án kỹ thuật cơ khí Nghiên cứu, trang bị điện cho máy cắt kim loại tấm, cắt bằng Gas – Plasma sử dụng bộ điều khiển Anilam - cnc của Mỹ

Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
LờI Mở ĐầU
Nền công nghiệp của Việt Nam đang trên đà phát triển rất mạnh mẽ, các sản phẩm
được chế tạo từ kim loại tấm chiếm thị phần ngày càng lớn trong các loại sản phẩm cơ
khí. Chất lượng và năng xuất chế tạo các loại sản phẩm này phụ thuộc rất nhiều vào việc
gia công tôn tấm ban đầu như khai triển đúng biên dạng, mạch cắt phẳng và không phải
làm sạch sau khi cắt. Việc trang bị các máy cắt tôn cỡ lớn có khả năng tự động cắt được
các đường cong phức tạp với năng xuất và chất lượng cao đã trở thành nhu cầu cần thiết
của các cơ sở muốn tăng sản lượng và chất lượng sản phẩm. Đặc biệt máy công cụ không
thể thiếu trong vai trò nâng cao “Năng lực nhà thầu” để giúp cho cơ sở có điều kiện tham
gia các gói thầu lớn có liên quan đến việc gia công kim loại tấm.
Víi tầm quan trọng như vậy thì việc thiết kế, nghiên cứu, trang bị điện cho máy cắt
tôn tấm cần phải được đẩy mạnh và càng ngày mức độ tự động hoá của chúng càng phải
được nâng cao, để tăng năng xuất chất lượng sản phẩm. Là sinh viên năm cuối chuyên
nghành tự động hoá khoa điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội, em thấy mình cần phải
nghiên cứu, phát triển tự động hoá cho các máy công cụ nói chung và máy cắt kim loại
nói riêng và vì thế em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, trang bị điện cho máy cắt kim loại
tấm, cắt bằng Gas – Plasma sử dụng bộ điều khiển Anilam - cnc của Mỹ”.
Em kính mong nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô để hoàn thành tốt đồ
án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn!
Nội dung của bản đồ án này gồm có 4 chương chính, mục lục như sau:
CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT VỀ MÁY CẮT KIM LOẠI TẤM
♣
1.1. Quá trình phát triển của máy cắt kim loại
tấm 2
1.1.1. các phương pháp cắt bằng
nhiệt 2
1.1.2. Phân
loại 2
1.1.3. Nguyên tắc và ứng

dụng 3
1.1.4. Các hướng nghiên cứu về công nghệ
cắt 5
♣
1.2. Các loại hình máy cắt kim loại tấm 6
♣
1.3. kết cấu cơ khí của máy cắt kim loại
tấm 7
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
1
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
1.3.1. Lựa chọn kết cấu cho máy cắt kim loại
tấm 7
1.3.2. Lựa chọn kết cấu cơ khí cho máy cắt loại CP66150 CNC 10
♣
1.4. Quá trình phát triển máy cắt CNC tại viện máy IMI .
10
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC CHO MÁY CÔNG CỤ
♣
2.1. Giới thiệu về máy điều khiển chương trình
số 15
2.1.1 Khái niệm 15
2.1.2 Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển chương trình
số 17
2.1.3. Nguyên lý làm việc của một máy điều khiển chương trình số đơn
giản 22
♣
2.2. Cấu trúc của hệ CNC dùng truyền động
Servo 23

2.2.1. Cấu trúc phần
cứng 23
2.2.2. Phần mềm điều khiển 25
♣
2.3. Lựa chọn hệ điều khiển cho máy cắt gọt kim
loại 25
2.3.1. Những yêu cầu đối với hệ điều khiển CNC cho máy cắt kim loại tấm 25
2.3.2 Phân tích, so sánh các bộ điều
khiển 27
♣
2.4. Bộ điều khiển CNC Anilam 3000MK dùng cho máy cắt kim loại
tấm 31
2.4.1. Đặc tính kỹ thuật của bộ điều khiển 31
2.4.2 Cấu trúc phần cứng của bộ điều khiển CNC Anilam 31
Chương III: Máy cắt kim loại tấm CP66150 CNC
♣
3.1. Các thông số kỹ thuật và công nghệ của
máy 39
3.1.1. đặc điểm cấu tạo và các thông số chính của
máy 39
3.1.2. Công nghệ cắt bằng Gas và Plasma của
máy 40
♣
3.2. Truyền dẫn và động cơ
điện 42
♣
3.3. Các sơ đồ điều khiển hoạt động của máy CP66150 CNC 43
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
2
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động

Hoá
3.3.1. Sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển công nghệ của các động cơ trục
Z 43
3.3.2. Sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển các động cơ trục X, trục
Y 46
3.3.3. Sơ đồ các đầu vào ra logic và mạch logic điều khiển quá trình
cắt 50
3.3.4. Hệ thống điều khiển chiều cao tự
động 62
CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG CAD/CAM TÍCH HỢP VÀ CHƯƠNG TRÌNH PLC
CỦA MÁY CP66150-CNC
♣
4.1. Hệ thống CAD/CAM tích hợp dụng để lập trình gia công trên PC và tự động hoá quá
trình sản
xuất 64
4.1.1. Khái niệm CAD/CAM 64
4.1.2. Quan hệ giũă bản vẽ AutoCad và Chương trình NC 64
4.1.3. Chương trình chuyển đổi từ bản vẽ thiết kế biên dạng thành chương trình gia công
trên CNC viết bằng ngôn ngữ Autolisp 65
♣
4.2.Viết chương trình điều khiển logic ( chương trình PLC) bằng ngôn ngữ IPI
4.2.1.Tập lệnh và cách lập trình với IPI 66
4.2.2 Chương trình PLC của máy CP66150 – CNC 72
Sinh Viên
Vũ Văn Hải
Chương I
KháI quát về máy cắt kim loại tấm
♣
1.1. Quá trình phát triển của máy cắt kim loại tấm:
1.1.1. các phương pháp cắt bằng nhiệt

Theo TL1 để cắt kim loại hoặc các vật liệu phi kim loại có hai phương pháp:
phương pháp thứ nhất sử dụng nhiệt năng.
Phương pháp thứ hai sử dụng cơ năng.
Các phương pháp cắt bằng nhiệt được phân loại theo nhiệt năng sử dụng.
1.1.2. Phân loại
Cắt bằng nhiệt của quá trình ôxy hoá:
Cắt bằng gas, axetylen;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
3
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Cắt bằng bột;
Cắt bằng nhiệt nhôm;
Cắt bằng hồ quang điện;
Cắt bằng hồ quang các bon;
Cắt bằng hồ quang MIG( hoặc SMA);
Cắt bằng hồ quang nén (Plasma);
Cắt bằng năng lượng tia, Cắt laze;

Hình 1.1 minh hoạ các phương pháp cắt bằng nhiệt thường được sử dụng
1.1.3. Nguyên tắc và ứng dụng
1. Cắt bằng nhiệt của quá trình ôxy hoá
a. Cắt bằng Gas
Nhiệt năng toả ra khi một loại khí cháy (axêtylen, khí hoá lỏng, propan, metal )
phản ứng với ôxy dùng để nung nóng kim loại đến nhiệt độ cháy của chúng trong ôxy.
Quá trình cắt được thực hiện do phản ứng cháy giữa kim loại với ôxy và lực thổi của
luồng ôxy cắt thổi xỉ cắt ra khỏi mồi cắt.
Phương pháp này chỉ ứng dụng cho các kim loại có nhiệt cháy trong ôxy nhỏ hơn
nhiệt độ chảy, vì vậy chỉ để cắt sắt và thép các bon, thép hợp kim thấp.
ưu điểm:

Giá thành hạ, thiết bị đơn giản;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
4
Sö dông nhiÖt qu¸ tr×nh
oxy ho¸
Gas Bét NhiÖt nh«m
C¸c ph¬ng ph¸p c¾t b»ng nhiÖt
Hå quang ®iÖn
C¸c bon
Mig
Plasma
N¨ng lîng tia
Laze
bon
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Nhược điểm:
Không cắt được Al, Cu, Thép không rỉ, gang.
Tốc độ cắt nhỏ hơn 800 mm/phút.
b. Cắt bằng bột
Phương pháp này giống như phương pháp trên, phần bột sắt được phun thêm vào
buồng ôxy cắt nhằm tăng nhiệt lượng cháy và giảm độ chính xác của xỉ.
Phương pháp này được dùng để cắt đậu ngót các khối đúc bằng thép không gỉ,
đồng.
c. Cắt bằng nhiệt nhôm
Phương pháp này sử dụng nhiệt của phản ứng giữa bột nhôm và ôxít sắt để nung
kim loại cũng như phi kim loại đến nhiệt độ cháy. Luồng ôxy có tác dụng đốt và thổi như
phương pháp đầu.
Đây là một phương pháp rất mới, sử dụng các điện cực bằng hỗn hợp nhôm- ôxít
sắt, có lỗ ở giữa để thổi ôxy. Việc mồi ban đầu sử dụng ắc quy hoặc nguồn một chiều.

Phương pháp này chủ yếu để cắt bê tông, cắt dưới nước.
Ưu điểm:
Cắt được mọi vật liệu;
Thiết bị đơn giản;
Nhược điểm :
Giá thành điện cực cao
Chất lượng vết cắt không cao.
2. Cắt bằng hồ quang điện
a. Cắt bằng hồ quang than
Hồ quang giữa điện cực bằng than và kim loại cần cắt đủ để nung chảy kim loại,
sau đó luồng khí nén bị khí nén thổi ra khỏi vết cắt.
phương pháp này chủ yếu để móc rãnh, sửa mối hàn và phần đáy mối hàn khi hàn
tự động.
b. Cắt bằng hồ quang MIG (hoặc SMA)
Hồ quang được tạo ra giữa một điện cực (que hàn, dây cắt) và vật cần cắt.
Phương pháp này gần giống như phương pháp trên, và chỉ ứng dụng để cắt các vật
mỏng, cắt kim loại dưới nước.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
5
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
c. Cắt bằng Plasma
Plasma thường được hiểu là trạng thái thứ 4 của vật chất(rắn, lỏng, khí, Plasma).
Trong công nghiệp plasma thường được dùng là hồ quang lạnh ở phần ngoài thì chúng bị
nén lại, và nhiệt độ của luồng hồ quang tăng đến nhiệt độ rất cao (20.000
0c
÷30.000
0c
) đủ
làm nóng chảy và bay hơi tất cả các loại vật liệu.

Plasma trực tiếp (giữa điện cực và vật cắt) dùng để cắt các kim loại dẫn điện, còn
plasma gián tiếp dùng để cắt các vật không dẫn điện, phun phủ.
ứng dông:
cắt tất cả các loại vật liệu;
Ưu điểm :
Tốc độ cắt cao
Chất lượng vết cắt cao.
Nhược điểm:
Giá thành điện cực cao;
Khi cắt chiều dài kim loại > 40mm phải sử dụng các nguồn lớn, thiết bị đắt tiền;
Điện cực nhanh mòn (400 lần phát hồ quang / điện cực);
Kim loại bị nitrit hoá khi dùng không khí nén.
Khí để tạo Plasma có thể là khí trơ, không khí, ôxy, nitơ
Cắt bằng chùm tia laze, chùm tia laze có độ tập chung năng lượng rất cao, đủ để
làm chảy và bay hơi các loại vật liệu. Với đường kính cỡ vài micromet, chùm tia laze cho
chất lượng mối cắt nhẵn, đẹp và chính xác.
Thông thường các loại laze CO2 hay được sử dụng hơn so với laze chất rắn, vì
việc chế tạo các máy laze công suất cao dùng CO2 đơn giản hơn, và sóng laze CO2 dễ
được hấp thụ hơn.
Ưu điểm:
Giá thành cao;
1.1.4. Các hướng nghiên cứu về công nghệ cắt
1. Thiết kế các loại bép cắt an toàn và có tốc độ cao;
Các thiết bị mang đỡ để cơ khí hoá và tự động hoá quá trình cắt;
Giảm giá thành cắt;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
6
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
2. Cắt bằng hồ quang (chủ yếu là cắt bằng Plasma)

Chế tạo các nguồn Plasma lớn, đơn giản và hiệu quả( nguồn cộng hưởng L-C:
Triristor Inverter).
Chế tạo các loại điện cực có độ bền cao;
Sử dụng các loại khí rẻ tiền làm plasma.
Cải tiến mỏ plasma để đảm bảo vết cắt phẳng khi cắt tôn dày.
♣
1.2. Các loại hình máy cắt kim loại tấm
Trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo máy, chế tạo kết cấu, việc tạo chi tiết phôi từ
các tấm kim loại là vô cùng quan trọng, nó quyết định đến độ chính xác, năng xuất, kiểu
dáng của từng sản phẩm, từng công trình.
Có rất nhiều phương pháp để tạo ra các chi tiết dạng tấm :
Phương pháp phổ biến nhất hiện nay là phương pháp cắt kim loại tấm bằng nhiệt
như: cắt bằng Gas, cắt Plasma,cắt lazer, cắt bằng nhiệt Al. Trên cơ sở những phương
pháp đó người ta đã tạo ra các loại hình máy cắt khác nhau để cắt các loại biên dạng chi
tiết tấm như:
1.kiểu cắt thủ công:
Ưu điểm : đơn giản, dễ sử dụng, dễ thao tác và cho phép cắt được các biên dạng
theo yêu cầu.
Nhược điểm: Độ chính xác thấp, chất lượng vết cắt không cao, phụ thuộc vào tay
nghề của công nhân.Tốn nhiều thời gian cho nguyên công lấy dấu khi cắt các biên dạng
phức tạp, khó khăn khi điều chỉnh mỏ cắt theo đường đã lấy dấu,năng suất thấp. Chỉ dùng
trong sản xuất đơn chiếc.
Để khắc phục những nhược điểm trên người ta đã chế tạo ra các loại máy cắt bằng
nhiệt kiểu: con rùa
2. Máy cắt kiểu Con rùa. Đây là loại máy rất phổ biến hiện nay. Nó rất đơn giản,
dễ sử dụng. Thường được trang bị 2 mỏ cắt gas, giá thành thấp.
Nhược điểm: chỉ cắt được đường thẳng, thích hợp trong sản xuất nhỏ.
3. Máy cắt chép hình cơ khí; Máy có cấu tạo phức tạp do có cơ cấu đồng dạng,
ngoài ra cần có mẫu cắt nên không linh hoạt, thích hợp sản xuất nhỏ. Rất Ýt sử dụng .
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46

7
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
4. Máy cắt chép hình quang học;
Ưu điểm: Kiểu máy này có đặc điểm là cắt được những biên dạng có độ phức tạp
khá cao.
Chất lượng vết cắt, độ chính xác yêu cầu tăng lên đáng kể. Nhưng để thực hiện
cần phải có bản vẽ có tỉ lệ 1:1, được in ra giấy.
Nhược điểm: Không sử dụng được với những chi tiết có kích thước lớn hơn 1
mét. Tốn nhiều chi phí cho việc in Ên bản vẽ. Khi cần thay đổi biên dạng của chi tiết thì
rất khó khăn. Được sử dụng trong sản xuất nhỏ.
5. Máy cắt dạng NC ( Numeric control)
Với sự phát triển của kỹ thuật số vào những năm 60 người ta đã chế tạo ra máy cắt
điều khiển số NC (Numeric control): Các biên dạng mẫu được lưu giữ trong bộ nhớ cho
phép cắt được biên dạng chi tiết một cách dễ dàng.
Độ chính xác yêu cầu cao;
Chất lượng vết cắt tốt;
Nhược điểm: Bộ nhớ nhỏ, Khó thay đổi được biên dạng mẫu.
Để có được năng suất và chất lượng vết cắt tốt, các kiểu máy kể trên đều đòi hỏi
đội ngũ thợ kỹ thuật có kinh nghiệm và tay nghề cao.
6. Máy cắt dạng CNC(Computer Numeric Control)
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học đã tạo tiền đề cho sự phát
triển của hàng loạt các ngành kỹ thuật khác nhau.Trong chế tạo máy ,nhờ ứng dụng kỹ
thuật CNC ngành chế tạo máy công cụ CNC đã xuất hiện và phát triển như vũ bão, và
nhu cầu ứng dụng nó vào trong sản xuất ngày càng tăng.
Trước tình hình đó ,máy cắt kim loại tấm, có sự tích hợp của các công nghệ
CAD/CAM/CNC đã nổi lên như một cuộc cách mạng trong công nghiệp đóng tàu vào
những năm 80 của thế kỷ 20,với sự tham gia của các nhà sản xuất máy công cụ hàng đầu
trên thế giới, như hãng AMADA(Nhật bản); hãng KOIKE (Nhật bản); SHARP (Pháp);
FARLAY(Mỹ) V.V. và những nhà sản xuất bộ điều kiển hàng đầu như:

HEIDENHAIN(Đức); ANILAM (Mỹ); FANUC (Nhật bản); FAGO(Tây ban nha) v.v.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
8


Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Ưu điểm của thế hệ máy này là: biên dạng chi tiết cắt được lập trình mềm nên rất
linh hoạt trong sản xuất. Nó phù hợp với mọi loại hình sản xuất, từ sản xuất đơn chiếc,
sản xuất loạt nhỏ, đến sản xuất loạt lớn.
Độ chính xác theo yêu cầu cao ;
Thay đổi biên dạng chi tiết cắt linh hoạt,dễ dàng;
Dễ dàng tạo ra được ngân hàng dữ liệu các chi tiết cắt;
Dễ dàng xắp xếp hình tối ưu, tiết kiệm được vật liệu;
Dễ cơ khí hoá, tự động hoá.
Chất lượng vết cắt và năng suất cao, không phụ thuộc tay nghề.
Nhược điểm:Đòi hỏi có đội ngũ cán bộ kỹ thuật cao,cập nhật thường xuyên với
những thay đổi của công nghệ tin hoc.
Giá thành cao; Khó áp dụng cho quy mô sản xuất nhỏ.
♣
1.3. kết cấu cơ khí của máy cắt kim loại tấm
1.3.1. Lựa chọn kết cấu cho máy cắt kim loại tấm
1.3.1.1 Phân loại theo kết cấu của máy cắt kim loại tấm
a. Máy cắt có kết cấu dạng conxon
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
9
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Thường là máy kiểu chép hình cơ hay quang, có bề rộng cắt nhỏ hơn 1,5 m đầu cắt được
bố trí trên phần con xon của xà nên bị rung động trong quá trình cắt.

b. Máy cắt có kết cấu dạng khung xà
Máy có kết cấu dạng khung kín hình chữ u ngược nên có độ cứng vững cao.được sử dụng
đối với các loại máy có bề rộng cắt lớn hơn 2000mm.
1. 3.1.2. Phân loại máy cắt theo dạng truyền động .
a. Máy có truyền động thanh răng, bánh răng 1 bên, dẫn hướng bi 2đầu.
Thường là máy cỡ nhỏ có bề rộng cắt nhỏ hơn 2000 mm
Truyền động thanh răng bánh răng một bên.
Dẫn hướng bi hai đầu.
b.Máy có truyền động thanh răng ,bánh răng 2 bên , 1trục truyền động .
Máy cỡ trung bình có bề rộng cắt đến 4000 mm
Truyền động thanh răng bánh răng hai bên.
Dẫn hướng bi hai đầu.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
10

 !"#$%&&&
''
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Trục truyền đồng bộ.
c. Máy có truyền động thanh răng bánh răng 2 bên, 2 trục truyền đồng bộ.
Máy cắt cỡ lớn có bề rộng cắt <7500 mm
truyền động thanh răng bánh răng hai bên
Hộp số giữa máy 2 trục truyền đồng bộ
d. Máy cắt cỡ siêu lớn có bề rộng cắt >7500 mm

hình 1.6 máy cắt cỡ siêu lớn có bề rộng cắt >7500 mm
Phương án 1: như mục c;
Phương án 2: không có trục truyền;
Có gắn hai bên là hai động cơ đồng tốc dạng chủ động - bị đông (master -Slaver)

Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
11
(!"#$ &&&

Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
1.3.2. Lựa chọn kết cấu cơ khí cho máy cắt loại CP66150 CNC
Đặc điểm cơ bản của máy cắt CP66150 CNC là:
Chiều rộng cắt lớn nhất 6000 mm
Chiều dài cắt lớn nhất 15000 mm
Khoảng cách tâm đường ray 6000 mm
Trên cơ sở những phân tích đã nêu ở trên đề ra kết cấu cụ thể cho máy cắt loại CP
66150 như sau:
Máy được cấu tạo dạng khung kín đảm bảo chuyển động chắc chắn theo phương
án 2, là phương án không có trục truyền có gắn 2 bên là hai động cơ đồng tốc, dạng chủ
động và bị động (Master – Slaver) Có 4 đầu cắt, trong đó 3 đầu cắt gas và một đầu
plasma, đầu cắt có thể lên xuống được bằng tay vặn hoặc bằng động cơ lên xuống trục Z.
Khung máy có dạng hình chữ nhật tiết diện 300x800 được hàn bằng thép chữ U đảm bảo
chống uốn và xoắn tốt giảm tối đa sự rung trong khi cắt.
Các bi lăn trên đường ray là loại bi đỡ lòng cầu 2 dây đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa
vòng lăn của con lăn và bề mặt ray tạo nên quá trình lăn êm, nhẹ và chính xác. Máy có ca
bin điều khiển thuận lợi cho người sử dụng, khi cắt bằng gas sử dụng hệ thống điều khiển
chiều cao tự động điều chỉnh khoảng cách mỏ cắt đến phôi không thay đổi một cách
tương đối và khi cắt plasma đảm bảo chiều dài tia lửa hồ quang luôn không đổi trong quá
trình cắt chuyển động êm ái đồng nhất.
♣
1.4. Quá trình phát triển máy cắt CNC tại viện máy IMI
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trong nước đối với ngành công nghiệp khác nhau
như: Đóng mới và sửa chữa các con tàu cỡ lớn trong các nhà máy đóng tàu; Sản xuất các
khung nhà kết cấu thép; kết cấu dầm cầu; chế tạo toa xe,nồi hơi,v.v Viện máy và Dụng cụ

Công Nghiệp đã tập trung vào nghiên cứu và triển khai chế tạo những mẫu máy cắt CNC
với tính năng tự động cao, với giá thành rẻ, vào khoảng 30% so với giá thành của các
máy nhập ngoại. Tiết kiệm được cho nhà nước một khoản ngoại tệ đáng kể. Hiện nay,
sản phẩm chiếm gần 90% thị trường trong nước. Qua ba năm nghiên cứu và triển khai
trong sản xuất viện IMI đã liên tục đưa ra các mẫu máy thế hệ mới có tính năng ngày
càng hoàn thiện đáp ứng được các nhu cầu trong nước và ngoài nước. Dưới đây là một
vài mẫu máy tiêu biểu được sử dụng trên thị trường:
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
12
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Model CP2080-CNC sử dụng bộ điều khiển SIEMEN 802S (CHLB- Đức)
1.Chiều rộng cắt lớn nhất:2000mm.
2.Chiều dài cắt lớn nhất:8000mm.
Ưu điểm:
Có thể cắt được các biên dạng chi tiết bất kỳ trong mặt phẳng (X,Y), Tốc độ cắt cao
Nhược điểm:
hệ thống mỏ cắt cồng kềnh; không ổn định, dễ gây ra rung động khi cắt.
- Model CP2580 sử dụng bộ điều khiển ANILAM 3300 MK (USA)

Hình 1. 8: Sản phẩm được sử dụng tại Nhà máy Đóng tàu Sông Cấm- Hải Phòng
1.Chiều rộng cắt lớn nhất:2500mm.
2.Chiều dài cắt lớn nhất:8000mm.
3.Bộ điều khiển CNC: Anilam 3300MK (USA)
Ưu điểm: Cắt được các biên dạng bất kỳ trong mặt phẳng (x,y);
Hệ thống điều khiển khoảng cách khe hở cắt bằng động cơ điện và cơ khí, Mồi lửa tự động;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
13
)*+,' /012'
34567$2

Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Model CP31120 sử dụng bộ điều khiển ANILAM 3300 MK (USA)

Hình1. 9: Máy CP 31120 CNC được sử dụng tại Nhà máy Đóng tàu Sông Cấm- Hải
Phòng
Các thông số kỹ thuật
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
14
   
   
   
    ±!
 "#$"%  ±!
 &'()*  +,-.
 /)0"*  1,-
 12 3&4567/7175
 89:;<  =&>
 ?'"@AB  ?
 ?'"@$(;C?
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Model CP66150 – CNC sử dụng bộ điều khiển ANILAM 3300MK (USA)
Hình 1.10. Máy cắt CP66150 CNC sử dụng bộ điêu khiển ANILAM3300MK
Thông số kỹ thuật.
1.Chiều rộng cắt : 6 000 mm
2.Chiều dài cắt : 15 000 mm
3.Độ chính xác : 0,2 mm
4.Số mỏ cắt gas : 03
5.Số mỏ cắt Plasma : 01

6.Chiều dầy thép cắt được : 150 mm
7.Bộ điều khiển CNC : ANILAM (USA)
8.Tự động mồi lửa
9.Tự điều khiển chiều cao
10.Lập trình trực tiếp trên máy hoặc phần mềm CAD/CAM
Model CP90200 – CNC sử dụng bộ điều khiển ANILAM 3300MK (USA)
Thông số kỹ thuật của CP90200-CNC
1.Chiều rộng cắt lớn nhất, (phương X) : 9000mm;
2.Chiều dài cắt lớn nhất, (phương Y) : 20000mm;
3.Chiều dày cắt lớn nhất, (phương Z) :
-Khi cắt bằng mỏ cắt gas : 150mm;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
15
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
-Khi cắt bằng mỏ cắt plasma: 50mm;
4.Vật liệu cắt:
-Khi cắt bằng mỏ cắt gas : thép;
-Khi cắt bằng mỏ cắt plasma : thép, đồng, nhôm ,inox;
5. Số đầu cắt:
-Số đầu cắt gas: 03
-Số đầu cắt plasma : 01
Nguồn cắt plasma Hypertherm (USA)
6.Tự động định vị khoảng cách công nghệ bằng cơ khí khi cắt gas;
7.Tự động định vị khoảng cách công nghệ bằng điện tử khi cắt plasma ;
8.Hành trình trục Z:
- Khi lên xuống nhờ động cơ điện : 200mm
- Khi lên xuống bằng tay : 200mm
- Khi lên xuống nhờ định vị khoảng cách công nghệ : 80mm
8.Mồi lửa tự đông.

9.Tốc độ chạy nhanh (RAPID)
-Theo phương X: 8000mm/ph.
-Theo phương Y : 5000mm/ph ;
10,Tốc độ cắt (FEED) : 0-4000mm/ph;
11.Độ chính xác định vị : 0.05mm;
12.Độ chính xác vị trí : 0.5mm/10m;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
16
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC CHO MÁY CẮT
♣
2.1. Giới thiệu máy điều khiển chương trình số
2.1.1. Khái niệm
ở các máy vạn năng, máy chuyên dùng, việc gia công chi tiết mang tính chất đơn
chiếc hoặc sản xuất nhỏ. Thời gian phô trong quá trình gia công chiếm 60  80% thời
gian làm việc của máy. ở các máy tự động, nhờ các công tắc hành trình, cam định hình
mà các chuyển động của dao, chi tiết hoặc các bước chuyển đổi được thực hiện tự động
nên thời gian phụ được rút ngắn khá nhiều. ở các máy chép hình, việc gia công được tự
động hoá nhờ vật mẫu. Tuy nhiên, tính linh hoạt ở các máy này rất kém. Muốn thay đổi
loại chi tiết gia công, phải thay đổi hình thù, kích thước, vị trí, số lượng và quy luật
chuyển động của các bộ phận cam mẫu, vị trí công tắc hành trình Như vậy việc chỉnh
máy phức tạp, chế tạo vật mẫu mất nhiều thời gian.
Các máy điều khiển chương trình số (máy ĐKCTS) được dùng trong sản xuất
hàng loạt, thời gian phụ giảm khá nhiều, năng suất cao hơn và độ chính xác cao hơn máy
vạn năng.
Máy điều khiển chương trình (ĐKCT) về bản chất là các máy tự động, trong máy
đã có các chương trình chuyển động của các bộ phận máy. Ví dụ : Máy tiện tự động chép
hình

Đặc điểm cơ bản của máy ĐKCTS là các thông tin về các luật chuyển động của
máy : chuyển động của trục chính, chuyển động ăn dao, các chuyển động phụ đảm bảo
quá trình gia công trên máy được biểu diễn dưới dạng các con số, chữ cái và các ký hiệu
khác được mã hoá trong bộ nhớ chương trình (băng từ, bìa đục lỗ, ổ cứng, Ram ). Bộ
nhớ chương trình với các thông tin chứa trong đó gọi là chương trình điều khiển (hoặc
chương trình gia công).
Hình 2.1 là sơ đồ mô tả quá trình gia công phôi trên máy ĐKCTS, trong đó
gồm các khâu như sau :
• 1 : Tham số hình học của chi tiết và phôi.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
17
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
• 2 : Tham số công nghệ.
• 3 : Trình tự tiến hành.
• 4 : Tham số máy và dao.

• 5 : Chương trình.
• 6 : Chương trình điều hành.
• 7 : Bảo đảm toán học chuẩn.
• 8 : Máy tính điện tử.
• 9 : Thiết bị kiểm tra (dụng cụ tự ghi, màn hình).
• 10 : Thiết bị điều khiển chương trình.
• 11 : Máy.
• 12 : Phôi
• 13 : Thiết bị vận chuyển và đảo phôi.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
18
12
Vµo

16
13
14
11
10
11
10
Vµo
8 9
5 6 7
1 2 3
15
Ra
17
4
*8-9:2;#/+#<'43=*
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
• 14 : Thiết bị gá dao (ngăn hàng dao).
• 15 : Chi tiết được gia công.
• 16 : Máy đo phôi.
• 17 : Máy đo chi tiết.
Tùy thuộc vào luật điều khiển truyền động ăn dao, người ta phân hệ thống
ĐKCTS thành 2 dạng : điều khiển theo vị trí và đường vòng. Hệ thống ĐKCTS điều
khiển vị trí và thực hiện thực hiện di chuyển cơ cấu làm việc theo các toạ độ được đặt bởi
chương trình. Máy không gia công khi dao di chuyển. Đặc điểm của hệ thống điều khiển
vị trí là đảm bảo dừng chính xác cơ cấu ụ dao ở các tọa độ xác định, không cần xác định
dạng quỹ đạo chuyển động từ tọa độ này đến tọa độ khác, nhưng thời gian di chuyển phải
ngắn nhất. Hệ thống điều khiển vị trí thường được sử dụng trong các máy khoan - doa
ĐKCTS.

Hệ thống điều khiển đường vòng đảm bảo di chuyển ụ dao theo quỹ đạo đặt trước,
tổng quát là một đường cong. Quá trình gia công được thực hiện do kết hợp chuyển động
theo một vài tọa độ và để bám sát theo quỹ đạo đặt trước thì tỉ lệ tức thời giữa các tốc độ
ăn dao theo các toạ độ đó sẽ tương ứng theo thời gian. Quỹ đạo chuyển động của ụ dao
theo các tọa độ khi gia công đường vòng (hai tọa độ) và khối (ba tọa độ) được xác định từ
dạng chi tiết gia công. Tốc độ tổng được xác định theo chế độ cắt.
2.1.2. Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển chương trình số
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
19
thiÕt bÞ
chÊp hµnh
thiÕt bÞ ®kcts
:'D
E
F
:; 
G
?'9
G
HIJ
?'"E
E9
?''
1KB A
E
?'*
1LA
:M

$NO

EP

$NO
?'$'
@$
?'O
?':M
Q
1
RA
?'
:;L
RA
*8-9>?@A'43=*
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Hình 2.2 là sơ đồ chức năng của một máy điều khiển chương trình số, gồm có các khối
sau :
• Khối vào thông tin : Khối này có nhiệm vụ đọc các thông tin trên băng, bìa đục lỗ
lần lượt theo hàng và biến thành tín hiệu điện. Các thiết bị đọc thông tin có thể là
thiết bị quang, điện, tiếp xúc điện (ngày nay là các thiết bị ngoại vi như bàn phím,
chuột…).
• Khối nhớ thông tin : Đảm bảo sử dụng đồng thời thông tin trong giới hạn một tấm
card. Ngoài ra nó còn có chức năng kiểm tra, tạo tín hiệu dò tìm sai sót trong băng,
bìa đục lỗ (khối nhớ thông tin có thể là Ram, ổ cứng ).
• Bàn điều khiển và chỉ thị : Dùng để liên hệ giữa người vận hành và máy. Nhờ bàn
điều khiển, có thể khởi động và dừng hệ thống, lựa chọn chế độ làm việc, hiệu
chỉnh tốc độ ăn dao, kích thước dao, thay đổi vị trí ban đầu của dao. Trên bàn điều
khiển cũng có tín hiệu về các trạng thái làm việc của máy, hành trình làm việc, sự
sai sót trong chương trình, kết thúc chương trình.

• Khối nội suy : Tạo ra quỹ đạo chuyển động giữa hai hay nhiều điểm tựa được tạo
ra trong chương trình. Trong nhiều trường hợp sử dụng bộ nội suy có phương trình
đường thẳng hoặc đường tròn. Ngày nay sử dụng bộ nội suy là các máy tính cho
phép tăng độ vạn năng của thiết bị ĐKCTS nhờ hiệu chỉnh mềm các luật điều
khiển.
• Khối tốc độ : Đặt tốc độ ăn dao, cũng như tạo ra quá trình gia tốc, hãm ban đầu và
kết thúc một giai đoạn gia công theo luật đặt trước.
• Khối hiệu chỉnh chương trình : Cùng với bàn điều khiển, thay đổi các tham sè gia
công đã được lập trong chương trình như tốc độ ăn dao, kích thước dao.
• Khối chu kì chuẩn : Để giảm nhẹ và rút ngắn chương trình khi có những thuật toán
lặp lại. Khối này chứa các chương trình con chuẩn.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
20
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
• Khối lôgic công nghệ : Dùng để điều khiển các quá trình tự động có tính chu kì
của máy như tìm kiếm và thay thế dao, thay đổi tốc độ trục chính và thực hiện các
yêu cầu công nghệ trên máy.
• Khối điều khiển chuyển động ăn dao : Dùng để biến đổi thông tin đầu ra khối nội
suy thành dạng thích hợp để điều khiển chuyển động ăn dao với nguyên tắc : ứng
với một xung thì đối tượng điều khiển sẽ dịch chuyển 1 khoảng thông thường là
(0,01 - 0,001)mm gọi là giá trị xủa xung. Tùy thuộc vào dạng truyền động ăn dao
là hệ kín, hở, pha hoặc biên độ mà khối điều khiển sẽ có cấu trúc khác nhau.
• Khối truyền động ăn dao là các hệ truyền động tùy động đảm bảo di chuyển các bộ
phận của máy (bàn máy, ụ dao) với tốc độ cần thiết và với độ chính xác yêu cầu.
Hệ thống truyền động tùy động bao gồm động cơ điện (hoặc thuỷ lực), bộ khuếch
đại công suất cung cấp năng lượng cho động cơ và cho phép điều chỉnh tốc độ
động cơ trong phạm vi rộng, đa trích phản hồi đo vị trí thực của đối tượng điều
khiển, thiết bị so sánh sẽ so sánh vị trí thực và tín hiệu đặt. Tín hiệu sai lệch được
đặt tới bộ khuếch đại công suất và kết quả là tốc độ động cơ sẽ tỉ lệ với sai lệch

của hệ. Trong quá trình làm việc, hệ thống tùy động sẽ đảm bảo di chuyển đối
tương điều khiển sao cho sai lệch là nhỏ nhất. Nếu sai lệch đó do nguyên nhân nào
đó vượt quá trị số cho phép thì hệ thống điều khiển chương trình số sẽ tự động
ngắt nhờ thiết bị bảo vệ.
2.1.3. Nguyên lý làm việc của một máy điều khiển chương trình số đơn giản
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
21
®x
89MS
ay
ay
baqx
®y
k®
csx
F
ssx
k®
csx
1T
1T  EU
ssy
baqy
d
d
89MV
néi
suy
khèi
nhí

t.tin
Vµo
th«ng
tin
1KB:;HIJ*'
*8-9:2'-2"2BC8#/:
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Thiết bị điều khiển chương trình số gồm thiết bị vào thông tin (thiết bị đọc quang -
điện) từ băng từ có chương trình gia công chi tiết, khối nhớ thông tin và khối nội suy,
khối truyền động ăn dao, bộ biến đổi tương tự, cho hai hệ thống truyền động ăn dao tuỳ
động theo 2 toạ độ x, y của máy.
Hệ thống truyền động tùy động gồm bộ khuếch đại công suất KĐCSx, KĐCSy,
thiết bị so sánh SSx, Ssy, đa trích đo là biến áp quay BAQx, BAQy liên hệ cơ khí với trục
vít vô tận của máy và các động cơ Đx, Đy truyền động cho các trục vít vô tận của máy,
các trục vít truyền động bàn máy và ụ dao phay.
* Khối nội suy
Trong khối nội suy, thông tin được đưa ra ở dạng dãy xung với số xung theo mỗi
tọa độ của máy bằng số đưa vào bộ nội suy ở dạng mã hóa, còn thời gian tồn tại xung là
thời gian gia công độ dài của chi tiết (đoạn quỹ đạo vòng) giữa hai điểm tựa. Mỗi xung
điều khiển sẽ tương ứng với một khoảng di chuyển của cơ cấu chấp hành.
Tùy theo phương pháp xấp xỉ đoạn quỹ đạo cơ cấu máy di chuyển giữa hai điểm
tựa mà có bộ nội suy tuyến tính và vòng. Việc tính toán các phương trình hàm số mô tả
đoạn quỹ đạo đó có thể thực hiện bằng hai phương pháp : phương pháp phân tích vi phân
số DDA (Digital Differential Analyse) và phương pháp hàm đánh giá.
a. Nội suy tuyến tính theo phương pháp DDA
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
22
X
C

∆
X
v
∆
XA
δ
x
B +
∆
t
M
x
δ
x
∆
t
M
∆
X
Y
X0
a
b
c
 *8-9<DE!$$2/FC8GG6
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Xét trường hợp di chuyển theo một đoạn thẳng L với tốc độ ăn dao tổng v không đổi trên
hình 1.4a. Để tính toán cho những điểm trung gian, tìm quan hệ giữa các thông số và thời
gian thực dưới dạng phương trình đường thẳng.






∆+=
∆+=
∑
∑
tvyy
tvxx
y
x
0
0
Trong đó : - v
x
, v
y
là tốc độ thành phần theo phương ngang X và Y.
- x
0
, y
0
là giá trị các tọa độ của điểm ban đầu.









∆
∆
≈=
∆
∆
≈=
t
y
dt
dy
v
t
x
dt
dx
v
y
x
Với ∆x, ∆y là các gia sè di chuyÓn trong mỗi chu kì ∆t.
Các tốc độ thành phần được xác định theo công thức :









=
=
L
L
vv
L
L
vv
y
y
x
x
Do đó gia sè di chuyển theo từng toạ độ là :







∆=∆=∆
∆=∆=∆
t
L
L
vtv
t
L
L

vtv
y
yy
x
xx
phép cộng trong công thức (1-1) được thực hiện bởi bộ tích phân số. Nó gồm hai bé ghi
và một bộ cộng (sơ đồ hình 1.4b). Theo sơ đồ 1.4b, trong bé ghi A ghi lại các giá trị ∆x.
ứng với một xung ∆t thì gia số lại được cộng vào bộ cộng B và kết quả được ghi vào bộ
ghi C. Nếu tổng này vượt quá dung lượng của bộ ghi C thì 1 xung được phát ra ứng với
một lượng di chuyển của máy ∆x
M
. Các gia sè trong bé ghi A có thể biến đổi ở mỗi nhịp
tính một lượng δx. Giá trị x
0
được đặt trước trong bé ghi
b. Nội suy vòng theo phương pháp DDA
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
23
(1-1)
(1-2)
(1-3)
(1-4)

V
S
5
V
S
ϕ
6

(B-$;H-#I
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Với đoạn quỹ đạo di chuyển là đường cong mà trường hợp đặc biệt là
đường tròn như hình 1.5 thì phương trình đường tròn dưới dạng tham số là :




=
=
ϕ
ϕ
sin.
cos.
Ry
Rx
Các tốc độ thành phần được xác định theo công thức:







====
−=−=−==
x
R
v

R
R
v
v
dt
dy
v
y
R
v
R
R
v
v
dt
dx
v
y
x
ϕϕ
ϕϕ
coscos
sinsin









==≈
∆
∆
−=−=≈
∆
∆
xx
R
v
v
t
y
yy
R
v
v
t
x
y
x
ω
ω
Từ (1-7) nhận thấy rằng, giống như bộ nội suy tuyến tính, bộ nội suy vòng trong mặt
phẳng có sơ đồ như hình 1.6, chỉ khác là các gia số không phải là hằng số mà biến đổi
cùng với các tọa độ chạy x và y.
c. Nội suy tuyến tính theo phương pháp hàm đánh giá
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
24
(1-5)

(1-6)
(1-7)
∆
t
x
∆
X
M
∆
y
y
M
X=
Σ∆
X
M
y=
Σ∆
y
M
JK$$2/LI#'MN
+SWV.

+SWV.
+SWV.
+SWV.
+SWV.
+SWV.
+SWV.
>+S:WV:.


+SWV.
+SWV.
+SWV.
+S:WV:.
+SWV.
+SWV.
+SWV.
V
S
V
S
a,
b,
F>0
F<0
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Xét đoạn thẳng di chuyển OA nằm trong mặt phẳng xy. Đường thẳng này chia mặt
phẳng thành 2 vùng : vùng F > 0, trong đó giá trị hàm đánh giá có dấu dương và F < 0
(hàm đánh giá có dấu âm). Nằm trên đoạn OA hàm đánh giá có giá trị zero (hình 1.7a).
theo phương pháp hàm đánh giá thì : nếu quỹ đạo nội suy ở một điểm trung gian (x
1
, y
1
)
thuộc vùng F > 0 thì bước tiếp theo của sự di chuyển sẽ đặt theo trôc x. Ngược lại, nếu
quỹ đạo tại điểm trung gian thuộc vùng F < 0 thì sẽ di chuyển theo trục Y. Quá trình đó
xảy ra liên tục với tần số xác định bởi khối đặt tốc độ cho đến khi quỹ đạo nội suy đạt
đến điểm kết thúc (x

k
, y
k
). Độ lớn và dấu hàm đánh giá được tính bằng bộ nội suy.
Trong trường hợp chung, độ lớn hàm đánh giá khi di chuyển theo trục x từ điểm có tọa
độ (x
i
, y
i
) đến điểm (x
i+1
, y
i
) được xác định theo biều thức :
kijkikikikiji
yFyxxyyxxyF
−=+−=−=
++
)1(
1)1(
Tương tự như vậy giá trị hàm đánh giá khi di chuyển theo trục y từ điểm (x
i
, y
i
) đến điểm
(x
i
, y
i+1
) được tính theo biểu thức :

kijkikiji
xFyxxyF
+=−=
++
1)1(
♣
2.2. Cấu trúc của hệ CNC dùng truyền động Servo.
Máy CNC (Computer numeric control) là máy công cụ “thông minh”, nó hoạt
động dưới sự trợ giúp của máy tính và gia công các chi tiết nhờ các chương trình gia
công do người thiết kế hoặc người vận hành lập trình(chương trình gia công cơ khí). Do
các đặc tính ưu việt của nó nên các chi tiết được gia công với độ chính xác rất cao, đồng
thời giải phóng phần lớn sức lao động, có thể sản xuất hàng loạt vì vậy giá thành sản
phẩm giảm đi rất nhiều.
Để cho máy hoạt động theo yêu cầu của người vận hành, trước hết phải có một bộ điều
khiển CNC, sau đó phải có một kỹ sư tin học hoặc kỹ sư tự động hóa lập chương trình
lôgic cho máy (dựa trên các cổng vào ra đã được tích hợp trên máy).
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
25
)$2/OPAQL
$2/LIP!QF8'-2