Báo cáo thực tập tại Viện máy IMI

LỜI NÓI ĐẦU
Viện máy IMI nghiên cứu ứng dụng Mechatronics trong các lĩnh vực công
nghiệp, công nghiệp đặc biệt: thiết kế, chế tạo máy, thiết bị, dây chuyền công
nghệ mới trong công nghiệp, thực hiện dịch vụ tư vấn đầu tư, chuyển giao công
nghệ và các dịch vụ khoa học công nghệ khác.
Trong quá trình thực tập em được thực tập tại trung tâm khuôn mẫu chính
xác và nhựa kỹ thuật. Đây là một trong những trung tâm phát triển mạnh của
viện, với việc áp dụng công nghệ CAD/CAM, gia công trên các máy phay CNC,
máy cắt điện cực dây CNC, …vào chế tạo khuôn mẫu và các sản phẩm nhựa kỹ
thuật chất lượng cao có khả năng thay thế sản phẩm nhập khẩu mang lại hiệu
quả kinh tế cao.
Tại tung tâm khuôn mẫu em được trung tâm tạo điều kiện cho nghiên cứu bộ
điều khiển ANILAM và các ứng dụng của nó trong các máy CNC đồng thời em
được tham gia vào lắp ráp máy cắt tấm kim loại Ga và Plasma CP 90200.
Trong thời gian thực tập tốt nghiệp với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô
giáo trong bộ môn, các kỹ sư trong viện, cộng với sự lỗ lực của bản thân em đã
hoàn thành đợt thực tập tốt nghiệp và bản báo cáo thực tập. Tuy nhiên do thời
gian tương đối ngắn trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản báo cáo này
không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo
để bản báo cáo này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Phan
Cung, Viện máy IMI và sự góp ý quý báu của các bạn sinh viên.

Hà Nội ngày 28 tháng 1 năm 2004
Sinh viên
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã góp phần giải
phóng con người khỏi các công việc nặng nhọc. Công nghệ thông tin đóng vai
trò rất quan trọng đối với con người trong mọi lĩnh vực, như trong thông tin liên

lạc, trong ngành khoa học vũ trụ, trong công nghiệp...
Chúng ta đã biết những ứng dụng rộng rãi của công nghệ thông tin trong
công nghiệp. Với những nhà máy có quy mô lớn, chỉ cần một vài công nhân có
thể quản lý cả một dây chuyền sản xuất. Trong những công việc đòi hỏi độ phức
tạp hoặc trong môi trường làm việc độc hại con người có thể điều khiển các rô
bốt thông qua chương trình cài sẵn làm thay cho họ.
Một ứng dụng quan trọng nữa của công nghệ thông tin trong công nghiệp là
các chương trình điều khiển các máy móc tự động như máy NC(numeric
control), máy CNC(Computer numeric control). Để điều khiển các máy tự động
thì có riêng một ngôn ngữ lập trình riêng cho chúng gọi là chương trình điều
khiển logic (PLC- Programable logic control).
1.2 Chương trình điều khiển logic(PLC)
Trước đây để tạo ra một chiếc máy tự động hoặc bán tự động người ta phải
xây dựng các mạch logic cứng. Để máy có một chức năng nào đó con người
phải dùng rất nhiều các thiết bị điện, điện tử trung gian nhưng nhìn chung rất
khó khăn vì giá thành của máy sẽ tăng lên rất cao, máy làm việc không tin cậy vì
phụ thuộc vào chất lượng của các thiết bị.
Ngày nay với sự trợ giúp của máy tính và các chương trình điều khiển
logic(PLC) đã giảm được phần lớn các thiết bị trung gian(rơ le trung gian), do
đó nâng cao độ tin cậy và giảm giá thành máy.
Phụ thuộc vào đối tượng điều khiển chia chương trình điều khiển logic thành
hai loại:
• Khi đối tượng điều khiển chưa biết rõ người ta phải dùng logic
mờ(Fuzzy logic). Ví dụ như máy giặt, trọng lượng quần áo cho vào giặt là
không biết trước, với chiếc máy giặt thông minh nó đưa ra những chương
trình giặt phù hợp với trọng lượng quần áo cho vào nhằm tiết kiệm thời
gian, điện, nước, xà phòng...
• Khi đối tượng điều khiển đã rõ ràng người ra dùng chương trình
điều khiển logic thông thường(PLC).
Hiện nay các máy CNC thường tích hợp luôn cả các bộ điều khiển PLC để

nâng cao mức độ tự động của máy. Trên thế giới có nhiều hãng cho ra đời các
loại PLC khác nhau như Anilam Simens, Fanuc, Omron, Heidenhei... kèm theo
đó là các tập lệnh khác nhau để viết chương trình PLC.
1.3 Bộ điều khiển Anilam
Bộ điều khiển Anilam là một bộ điều khiển chuyên dụng dùng cho các máy
công cụ CNC(Computer numeric control). Nó là sản phẩm của hãng
Anilam(Mỹ), trên đó tích hợp cả phần điều khiển CNC(do hãng viết) và phần
điều khiển PLC(dành cho người lập trình logic). Chi tiết về tập lệnh và chương
trình PLC được đề cập ở chương 2 và chương 3.
Hãng Anilam sản xuất các bộ điều khiển CNC chuyên dụng cho các loại
máy công cụ khác nhau:
• Bộ điều khiển 3000M: chuyên dụng cho máy phay 3 trục(X,Y,Z) và
một trục chính(S).
• Bộ điều khiển 5300M: chuyên dụng cho máy phay 5 trục (X, Y, Z,
U, V) và một trục chính.
• Bộ điều khiển 6000M: chuyên dụng cho máy phay 6 trục (X, Y, Z,
U, V, W) và một trục chính.
• Bộ điều khiển 4200T: chuyên dụng cho máy tiện 2 trục (X, Z) và
một trục chính.
Ngoài ra còn các bộ điều khiển chuyên dụng cho máy mài, máy xung điện
cực...
CHNG II
GII THIU CU TRC B IU KHIN ANILAM
Nh chỳng ta ó bit v ng dng ca mỏy cụng c trong cụng nghip. c
bit trong lnh vc cụng nghip gia cụng chớnh xỏc thỡ khụng th thiu cỏc mỏy
cụng c núi chung v mỏy CNC núi riờng.
Mỏy CNC (Computer numeric control) l mỏy cụng c thụng minh, nú
hot ng di s tr giỳp ca mỏy tớnh v gia cụng cỏc chi tit nh cỏc chng
trỡnh gia cụng do ngi thit k hoc ngi vn hnh lp trỡnh(chng trỡnh gia
cụng c khớ). Do cỏc c tớnh u vit ca nú nờn cỏc chi tit c gia cụng vi

chớnh xỏc rt cao, ng thi gii phúng phn ln sc lao ng, cú th sn
xut hng lot vỡ vy giỏ thnh sn phm gim i rt nhiu.
cho mỏy hot ng theo yờu cu ca ngi vn hnh, trc ht phi cú
mt b iu khin CNC, sau ú phi cú mt k s tin hc hoc k s t ng
húa lp chng trỡnh lụgic cho mỏy (da trờn cỏc cng vo ra ó c tớch hp
trờn mỏy).
Sau õy s gii thiu mt b iu khin c th(trong s rt nhiu b iu
khin hin hnh). B iu khin Anilam ca M hin nay c s dng rng rói
trong cỏc mỏy CNC.
2.1 Phn cng
2.1.1 Cu trỳc mt h CNC
Động cơ servo
Máy phát xung
Trục vít me
Vòng phản hồi vị trí
Phản hồi vị trí
Bàn máy
Điện áp phần ứng
Vòng tốc độ
Phản hồi tốc độ
(Máy phát tốc)
Dây đai
Bộ điều khiển
độngcơ
Bộ điều khiển
CNC ANILAM
Hỡnh 2.1: Cu trỳc h CNC
Hình 2.1 là cấu trúc điển hình của một hệ CNC. Nó gồm có:
• Bộ điều khiển CNC (của hãng ANILAM), đây là bộ não của
máy.

• Bộ truyền dẫn điều khiển động cơ(tùy thuộc vào máy cần bao
nhiêu động cơ).
• Các thiết bị: phản hồi tốc độ (tachometer), phản hồi vị
trí(encoder).
2.1.2 Cấu trúc bộ điều khiển Anilam
Hãng Anilam cho ra đời rất nhiều hệ điều khiển khác nhau dùng chuyên
dụng cho các loại máy khác nhau. Ví dụ bộ điều khiển 3000M, 5000M dùng cho
máy phay CNC 3 trục và 5 trục . Bộ điều khiển 4200T chuyên dụng cho máy
tiện CNC. Các bộ điều khiển chuyên dụng cho máy mài CNC, máy cắt dây
CNC, máy xung CNC... Tuy các hệ điều khiển khác nhau về ứng dụng nhưng
chúng có phần cứng gần giống nhau, chỉ khác nhau về chương trình nạp cho
máy.
Hình 2.2 thể hiện một bộ điều khiển CNC cụ thể. Bộ điều khiển 4200T được
dùng chuyên dụng cho máy tiện CNC.
Phần cứng của máy gồm những phần chính sau:
2.1.2.1 Card máy tính và các phụ kiện
a, Card máy tính
Đây là bộ não của máy(ký hiệu IHV-745E), nó có cấu trúc giống như main
của máy tính PC. Trên card này gồm chip Vi Xử Lý Pentium 166MHz MMX và
chip set ALI. DRAM của IHV-745E là 8MB.
b, Ổ cứng
Ổ cứng của bộ điều khiển dùng để lưu trữ các chương trình CNC, chương
trình PLC và chương trình gia công của máy. Dung lượng tối thiểu của bộ điều
khiển 4200T là 2,1G.
2.1.2.2 Card DSP
Card DSP là thành phần rất quan trọng và không thể thiếu được của các bộ
điều khiển ANILAM. Đây cũng là bộ phận để phân biệt các bộ điều khiển dùng
cho các máy chuyên dụng khác nhau.
Chức năng chính của card DSP là thu nhận các tín hiệu phản hồi vị trí của
các trục thông qua encoder. Sau đó nó sẽ kết hợp với card máy tính và các thuật

toán của người lập trình để nội suy. Và cũng chính nó đưa ra các tín hiệu để điều
khiển các trục sao cho máy vận hành đúng công nghệ.
Hỡnh 2.2: B iu khin 4200T - ANILAM
Card DSP
Tín hiệu điều khiển
trục chính
Bộ điều khiển
động cơ
Động cơ
trục x, z
T
í
n

h
i
ệ
u

đ
i
ề
u

k
h
i
ể
n
Encoder

Đầu đọc
MBIO
+24VDC
Điện điều
khiển máy
Kết nối mạng
(Tuỳ chọn)
Mạng
card máy tính
Dữ
liệu
ổ

c
ứ
n
g
Bàn phím mở rộng
(Tùy chọn)
C
O
M
1
Tay quay
điện tử
Panel điều khiển
Cổng
vào/ra mở
rộng
Cổng

vào/ra 1
Cổng
vào/ra 0
CAN mở
rộng
CAN 1
CAN 0
+5, +/-15VDC
Màn hình
tinh thể lỏng
Bàn phím
Cổng RS232 mở rộng
V
G
A
K
Y
B
D
C
O
M
2
F
l
o
p
p
y
P

a
r
a
l
l
e
l
+
5
,

+
/
-
1
2
V
D
C
Cổng máy in
ổ mềm
Có thể lấy một ví dụ như sau: Giả sử người công nhân cần phay một hình
tròn với một bán kính nào đó, người đó chỉ cần đưa một câu lệnh vào chương
trình. Khi đó card DSP sẽ kết hợp với card máy tính vi phân đường tròn cần gia
công thành nhiều cung tròn rất nhỏ (thực chất là các đoạn thẳng vô cùng bé).
Sau đó card DSP sẽ xuất tín hiệu để điều khiển các động cơ tiến bàn của các trục
X, Z chuyển động đồng thời theo các đoạn thẳng đó. Đồng thời tín hiệu phản
hồi vị trí(đưa từ encoder về gắn ở động cơ) được đưa về card DSP. Card DSP lại
tiếp tục nội suy để đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ. Quá trình cứ tiếp diễn như
vậy cho đến khi gia công xong chi tiết. Nhờ vòng phản hồi vị trí mà sai số trong

quá trình gia công không đáng kể(cỡ µm).
2.1.2.3 Động cơ và truyền dẫn
Động cơ và truyền dẫn là cơ cấu chấp hành của máy CNC. Truyền dẫn là bộ
điều khiển động cơ. Nó sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ card DSP, sau đó tín hiệu
này sẽ được so sánh với tín hiệu phản hồi tốc độ và điều khiển động cơ chạy
theo một tốc độ tuỳ ý người vận hành.
Động cơ được dùng trong máy CNC là động cơ servo, tức là nó có gắn
encoder để phản hồi vị trí và tachomet để phản hồi tốc độ. Tín hiệu phản hồi vị
trí được đưa về card DSP để nội suy. Còn tín hiệu phản hồi tốc độ được đưa về
truyền dẫn. Bản thân động cơ sẽ dịch chuyển các trục tiến bàn theo đúng chương
trình gia công.
2.1.2.4 CAN I/O
CAN I/O là cổng vào ra logic(input, ouput). CAN I/O giúp cho kỹ sư lập
trình PLC có thể điều khiển các phần điện công nghệ như tưới nguội, thay dao,
bôi trơn... một cách tự động.
Mỗi CAN I/O có 10 đầu vào, 6 đầu ra số(Digital) và 1 đầu vào tương
tự(ADC). Bộ điều khiển ANILAM có 2 CAN I/O, nhưng có thể mở rộng tối đa
4 CAN I/O nữa khi cần thiết.