TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC

Chơng I

Tổng quan về máy công cụ cnc

1.1. nghiên cứu tổng quan về các thế hệ máy
công cụ điều khiển theo chơng trình số

Máy điều khiển theo chơng trình số gồm hai khối chính là máy công cụ thực
hiện chức năng gia công cơ và hệ thống điều khiển số , điều khiển máy công
cụ theo chơng trình đã định sẵn .Quá trình phát triển của bộ phận điều khiển
số tạo ra những thế máy mới công cụ ngày càng phát triển .
- NC ( Numerical Control ) :
Điều khiển máy công cụ theo chơng trình số , thông tin đợc ghi lại trong
chơng trình điều khiển bằng ký tự là con số , chữ cái hay các ký tự đặc tr ng
khác . Vật mang tin đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điều khiển
số , nó chứa đựng nhng thông tin hình học và công nghệ của quá trình gia
công ở dạng mã hoá . Vật mang tin truyền thông tin lớn đảm bảo mang đợc
lợng thông tin cực đại mà tốn ít năng lợng nhất .
Đầu tiên máy NC dùng băng đục lỗ có dung lợng 15 bit/ cm2 . Với dung lợng
này lợng thông tin cha đáp ứng đợc , ngoài ra còn một số điểm yếu nh độ bền
kém , dễ h hỏng , hạn chế về độ tin cậy , khi cần sửa chữa hay thay đổi phải
làm lại từ đầu rất tốn thời gian . Khắc phục những hạn chế trên vật mang tin
đợc thay thế bằng băng từ với dung lợng 1250 bit/cm2 . Băng từ có dung lợng
khá lớn nhng lại dễ bị xoá . Nhìn chung hệ thống điều khiển các khối chức
năng vẫn dùng các mạch lozic nối cứng trong từng Block . Chúng phải liên
hệ trực tiếp với các kết cấu điều khiển tơng tự nh van từ , Rơle , công tắc ngắt
. Phần điều khiển còn tách rời với xử lý , do đó kích thớc máy cồng kềnh ,
độ tin cậy thấp do còn ảnh hởng của môi trờng ( nhiệt độ , độ ẩm , rung động
cơ học ) . Dần dần hệ thống điều khiển NC đợc thay thế bằng hệ thống
điều khiển CNC.

- CNC ( computerizet Numerical Control ) :

Hệ thống điều khiển số với sụ cài đặt nội tại cụm vi xử lý ( MP ) trực tiếp vận
hành xử lý số và điều khiển . Với sự phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin
và máy vi tính , hệ thống máy CNC ra đời trên cơ sở máy NC . Sự tiến bộ của
CNC là có sự can thiệp trực tiếp của cụm vi xử lý mà không dùng các liên hệ
lozic ghép cứng nh NC . Các chức năng điều khiển và quá trình xử lý tính
toán đợc các cụm vi tính tính toán đảm nhiệm từng phần hoặc toàn bộ . Một
chơng trình hệ thống nh CNC đợc cài đặt sẵn trong máy tính , thông qua các
phần mềm hệ thống nh chơng trình giải mã hệ điều hành . Chơng trình mà
các chức năng CNC riêng lẻ sẽ đợc thực hiện . Vật mang tin trong thế hệ
máy CNC có thể là đĩa từ , đĩa compact hay sử dụng các bộ nhớ của máy vi
tính ngoại vi .
-DNC ( Direct Numerical Control ) :
Hệ thống điều khiển số phân phối từ một máy trung tâm duy trì mọi dữ liệu
của các chơng trình NC và phân phối chúng đến tong máy công cụ riêng lẻ
trong nhóm máy CNC để đáp ứng nhu cầu của các đơn vị điều khiển máy
thông qua một mạng liên kết giao tiếp cục bộ . Hệ thống điều khiển DNC là
một trung tâm điều khiển lu trữ và lập các chơng trình hoạt động , nó nh th
viện chơng trình cung cấp thông tin cho nhiều máy CNC riềng biệt . Hệ
thống này có u điểm là truyền dữ liệu nhanh , tin cậy , phát huy tốt khả năng
của máy công cụ điều khiển số . Nhợc điểm là toàn bộ hoạt động của hệ


thống phụ thuộc vào tình trạng làm việc của trung tâm điều khiển . Mọi trục
trặc của máy tính chủ đều kéo theo sự ngng trệ của cả hệ thống .
- FMS (Flexuble Manufacturing System ) :
Hệ thống gia công linh hoạt , có khả năng gia công các chi tiết khác nhau
trong mọt họ chi tiết với số lợng và thứ tự gia công tuỳ ý , dù trong điều kiện
gia công nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế . Mọi hệ thống gia công linh hoạt gồm

có một hoặc nhiều trung tâm gia công CNC , các hệ thống vận chuyển chi
tiết và dụng cụ , máy tính của hệ điều khiển trung tâm là thiết bị chỉ huy .
Đối với hệ thống gia công linh hoạt làm việc tự động không cần ngời vận
hành cần phải thêm các thiết bị theo dõi và do lờng tự động trên máy .
Trong phạm vi đề án dới đây chỉ xin trình bày những vấn đề đi sâu nghiên
cứu về máy công cụ CNC . Hệ máy CNC bây giờ có màn hình hiển thị có độ
phân giải cao , có khả năng mô phỏng và đồ họa động ( Grafic Dynamic )
cho phép ngời dùng máy quan sát và thay đổi chơng trìng dễ hơn . Điều đó
làm thay đổi lớn tới kết cấu của máy công cụ , những thiết bị cồng kềnh đợc
thay thế bởi những mạch vi điện tử có kích thớc nhỏ gọn và công năng tác
dụng lớn gắn liền trong cấu trúc của máy .

1.2. Sơ đồ nghuyên tắc cấu trúc của máy CNc

Điều khiển theo chơng trình số là phơng pháp tự động điều hành máy công
cụ thông qua các dữ liệu ở dạng mã Chữ cái + con số và các ký tự đặc trng
. Đó là con đờng can thiệp sâu và trực tiếp của các quá trình xử lý thônh tin
trong các hoạt động hóa sản xuất trên cơ sở ứng dụng tin học . Đây là phơng
pháp tự động hoá các chức năng của máy với tính linh hoạt cao thể hiện ở sự
thích ứng dễ dàng với các việc gia công khác nhau .
Từ bản vẽ chế tạo chi tiết và những số liệu kỹ thuật , số liệu công nghệ yêu
cầu , chơng trình gia công đợc thiết lập thiết lập gồm từng bớc chơng trình kế
tiếp nhau . Chơng trình đợc số hoá và ghi vào vật mang tin bởi một Cốt mã
tơng thích , quá trình trên đợc gọi là xử lý số ngoài máy tiếp theo là quá
trình xử lý bên trong .Các dữ liệu ghi trên vật mang tin đợc bổ dọc tiếp nhận
phân phối các lệnh ( tạo hình và công nghệ ) đến các bộ xử lý tơng ứng sau
quá trình nội suy thông tin đợc chuyển đổi sang tín hiệu tơng tự , đóng vai
trò là giá trị cần của vị trí bàn máy ( trong hệ lệch về hớng chuyển dịch ) .
Chúng đợc dẫn vào bộ so sánh theo nhịp điệu xác địng , tại đây đợc so sánh
với giá trị thực thu thập qua hệ thống đo lờng dịch chuyển .

Kết quả so sánh giá trị Cần Thực đa ra lợng sai khác Ct và trở thành tín
hiệu điều khiển cung cấp cho hệ thống truyền động , quá trình cứ tiếp diễn
cho đến khi chênh lệch cặp giá trị Cần và thực bằng 0 , lúc đó vị trí các
cơ cấu chấp hành của máy đạt đợc giá trị mong muốn . Tín hiệu điều khiển
không còn nữa , hệ thống động ngừng lại .


Bản vẽ
Xử lý số
bên ngoài

Lập trình
Vật mang tin
Vật mang tin

Xử lý số
bên trong

Đọc

Hệ lệch đóng ngắt

Nhớ
Hệ lệch đờng đi

Biến đổi

Điều khiển

GT cần

So sánh

Truyền
động

GT thực

Bàn máy HT đo

2.1.a - Đờng tác dụng kín

Động
cơ bớc

Bàn máy

2.1.b - Đờng tác dụng hở

Quá trình trên thực hiện theo nguyên tắc đờng tác dụng hở , trong đó nguồn
truyền động chủ yếu dùng động cơ bớc ở đây thông tin đợc chuyển thẳng đến
hệ truyền động thông qua cụm điều khiển , đóng vai trò là giá trị cần khi kết
thúc chuyển động đợc ngay kết quả không cần so sánh với giá trị thực . Đối
với hệ lệch đóng ngắt quá trình cũng diễn ra tơng tự , chúng đợc ghi nhớ và
truyền đạt đến các khâu điều chỉnh với những chu kỳ làm việc thích hợp .
1.3. kết luận và yêu cầu đối với máy công cụ CNC
Máy công cụ điều khiển theo chơng trình số là bớc phát triển lớn trong lĩnh
vực tự động hoá ngành chế tạo máy , nó tạo ra những khả năng đặc biệt và có
những u điểm vợt trội so với máy công cụ vạn năng thông thờng . Máy cho
phép cắt với tốc độ lớn , giảm thời gian phụ tới mức tối đa do tính năng tự
động nên năng suất rất cao . Tính linh của máy thể hiện rõ trên cơ sở việc

thay đổi chơng trình đơn giản và có thể thực hiện ở trên máy . Máy gia công
với độ chính xác cao do nguyên tắc điều khiển theo chơng trình số đảm bảo


độ chính xác lặp lại , đặc biệt máy có khả năng khai thác tối đa các chế độ
cắt tối u cũng nh các ứng dụng tiến tiến của kỹ thuật kiểm tra tích cực .
Với những trung tâm gia công CNC tính tập trung nguyên công rất cao , có
thể ra công mội số lợng lớn các bề mặt chi tiết mà không phảI thay đổi vị trí
hoặc gá đặt laị .
Để đẩm bảo phát huy các u điểm trên , máy công cụ CNC phải có độ cứng
vững cao và độ tin cậy cao , truyền đợc mômen cắt và các vị trí số điều khiển
tới cơ cấu công tác một cách nhanh chóng chính xác với năng lợng tiêu hao
ít nhất . Do vậy kết cấu của máy phải có những yêu cầu :
Hệ thống truyền động chạy dao phải có những khe hở nhỏ nhất tới
mức có thể . Muốn vậy xích chạy dao phải càng ngắn càng tốt . Dùng những
cơ cấu truyền động có hiệu suất cao và không có khe hở nh vít me đai ốc bi ,
cơ cấu tự động khử khe hở trong bộ truyền .
Hệ truyền động phải có gia tốc lớn , tác động nhanh , có phạm vi điều
chỉnh tốc độ rộng , truyền đợc tải trọng lớn và giảm mômen quán tính chi tiết
chuyển động .
Cần áp dụng những biện pháp tích cực đến giảm ma sát khô cho các đờng hớng của máy , trong các cặp truyền động và các ổ đỡ . Điều đó đẩm bảo
cho địch chuyển êm khi tốc độ nhỏ , khi điều chỉnh tốc độ có bớc nhảy, khi
có mômen quán tính lớn và khi tải trọng thay đổi đáng kể trong quá trình
cắt .
Động cơ thuỷ lực và xi lanh thuỷ lục dụng trong hệ thống CNC phải đợc chế tạo sao cho độ lọc dầu và khống chế nhiệt độ tốt nhất , hạn chế tối đa
mức độ dò dầu , đảm bảo làm việc tin cậy và ít phụ thuộc vào sự thay đổi
nhiệt độ .
Các cơ cấu dẫn động chạy dao trên các trục tọa độ độc lập phải có đặc
tính đồng nhất .
Các cụm máy phải có tính chịu mài mòm và tính ổn định cao , các

phần tử của hệ thống truyền động không đợc quá nóng , phải có thiết bị làm
mát đôi khi phải làm mát cỡng bức dầu bôi trơn . Bộ phận khuyếch đại phải
có hệ số khuyếch đại cao , độ tin cậy cao , độ nhạy cao đảm bảo cải thiện đợc các đặc tính tuyến tính và sự ổn định thông số đầu ra