Chuong 1 DIEU KHIEN SO NC truyền động và điều khiển CNC

GIỚI THIỆU
• Giảng viên: TS. Đường Công Truyền
Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

• Khoa Công nghệ Cơ khí

TRUYỀN ĐỘNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC

• Bộ môn CAD/CAM-CNC
• Website:
/>• Email:

Đường Công Truyền

NỘI DUNG MÔN HỌC
• Điều khiển số - NC
• Máy công cụ CNC
• Hệ dụng cụ trên máy công cụ CNC
• Truyền động máy công cụ CNC
• Điều khiển máy công cụ CNC
• Chương trình trên máy công cụ CNC

TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Bài giảng của giảng viên.
• Suk-Han Suh, Theory and design of CNC
systems, Springer, 2008.
• Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho
máy công cụ, NXB KHKT, 2001.
• Phạm Văn Hùng, Cơ sở máy công cụ,
NXB KHKT, 2007.

CÁCH HỌC VÀ THI
• Học theo bài giảng của giảng viên

Chương 1:

• Làm theo bài tập do giảng viên cung cấp
• Kiểm tra lấy điểm thường xuyên: 3 bài
(bài tập và kiểm tra trên lớp)

ĐIỀU KHIỂN SỐ
NUMERICAL CONTROL -NC

• Kiểm tra giữa kỳ
• Thi cuối kỳ: tự luận, mở tài liệu

Khái niệm điều khiển số-NC

KHÁI NIỆM

• Điều khiển số (Numerical Control-NC): là
hoạt động của máy công cụ tuân theo
những chỉ thị, đã được mã hoá đặc biệt,
truyền đến hệ thống điều khiển máy


Khái niệm điều khiển số-NC
• Chỉ thị (các lệnh điều khiển) là sự kết hợp
của các chữ cái, con số và ký tự đặc biệt

như ( . ), ( % ), hay ( ), được viết theo
một trật tự logic và theo các định dạng
sẵn
• Tập hợp các chỉ thị cần thiết để gia công
một chi tiết gọi là chương trình NC, CNC
hay chương trình gia công chi tiết (Part
Program)

Khái niệm điều khiển số-NC
• Chương trình NC được lưu trữ để có thể
gia công chi tiết bất kỳ lúc nào, đảm bảo
thu được các chi tiết có kích thước và
hình dáng giống hệt nhau

Lịch sử phát triển
• 1947: tập đoàn Parsons phát triển hệ
thống số đầu tiên để gia công các chi tiết
phức tạp của máy bay

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

• 1949: Parsons hợp tác với viện công nghệ
Massachusetts (MIT)
• 1951: máy công cụ NC đầu tiên được
phát triển bởi MIT


• Nguyên lý hoạt động của máy công cụ NC

Băng đột lỗ

• Nguyên lý điều khiển chuyển động của trục
trên máy công cụ NC

Quy trình gia công trên máy công cụ NC


Ngôn ngữ APT
• 1959: MIT phát triển hệ thống lập trình
có sự trợ giúp của máy tính, APT
(Automatically Programmed Tools).
– APT được phát triển để đơn giản hóa lập
trình trên máy gia công 3 trục phức tạp, chủ
yếu sử dụng trong ngành công nghiệp hàng
không.

Ngôn ngữ APT
• Ví dụ định nghĩa điểm trong APT

Ngôn ngữ APT
• Ngôn ngữ APT sử dụng những từ bằng
tiếng Anh để mô tả hình dáng hình học và
sự chuyển động của dao cắt trong quá
trình gia công chi tiết
• Ví dụ định nghĩa điểm trong APT

Ngôn ngữ APT
• Ví dụ định nghĩa điểm trong APT

Điều khiển số trực tiếp-DNC

Điều khiển số trực tiếp-DNC

• Giữa 1960: Điều khiển số trực tiếp (Direct
Numerical Control – DNC): giao tiếp- kết
nối giữa máy công cụ và máy tính ở cự ly
xa
• Trong DNC, khối lệnh gia công truyền từ
máy tính đến máy công cụ với tốc độ
tương thích. Phương thức giao tiếp này
trở nên phổ biến loại bỏ băng từ và tăng
chiều dài chương trình

• DNC: sử dùng 1 máy tính điều khiển đồng
thời nhiều máy công cụ

Điều khiển số trực tiếp-DNC

Điều khiển số nhờ máy tính-CNC

• DNC:

• Nguyên lý hoạt động
của máy công cụ CNC

• Cuối 1960: máy CNC được điều khiển bằng
máy tính thay thế cho băng đột lỗ (có nhược
điểm cồng kềnh dễ gãy)

• Xử lý dữ liệu trên máy công cụ CNC điều khiển
vòng kín

Điều khiển số phân phối-DNC II
• 1970s: Điều khiển số phân phối
(Distributed Numerical Control – DNC II):
chương trình lưu trữ trên máy chủ (host
computer) kết nối với máy tính khu vực
(local computer) truyền đến một hay
nhiều máy CNC. Cách thức này cho phép
gia tăng dung lượng bộ nhớ cho điều
khiển CNC và việc quản lý sản xuất thuận
tiện hơn

Điều khiển số phân phối-DNC II
• DNC II:

Hệ thống sản xuất linh hoạt-FMS
• 1980s: FMS (Flexible Manufacturing
System) - hệ thống sản xuất linh hoạt
phát triển mạnh và được ứng dụng thành
công tại Mỹ
• FMS là sự tích hợp hoàn toàn quá trình
sản xuất bao gồm các thành phần: máy
CNC, DNC, hệ thống cấp phôi tự động,
công nghệ nhóm và con người


Hệ thống sản xuất linh hoạt-FMS

• FMS:

Hệ thống sản xuất tích hợp-CIM
• 1990s CIM ( Computer Intergrated
Manufacturing) - hệ thống sản xuất tích
hợp nhờ máy tính phổ biến ở Mỹ
• CIM Là hệ thống tích hợp toàn bộ các
quá trình sản xuất được xử lý và điều
khiển bởi máy tính ngay cả đến việc phân
tích thị trường, kiểm tra chất lượng sản
phẩm, tổ chức phân phối

Hệ thống sản xuất tích hợp-CIM
• CIM:

KỸ THUẬT NC VÀ CNC


Kỹ thuật NC và CNC
• NC = Numerial Control

Kỹ thuật NC và CNC
• Khác nhau:

• CNC = Computer Numerical Control, là sự
phát triển của NC

– Hệ thống NC sử dụng các hàm logic cố định
được gắn cố định bên trong bộ điều khiển

• Giống nhau:

– Người lập trình hay vận hành máy không
thể thay đổi các hàm này

– Cùng thực hiện các nhiệm vụ giống nhau,
còn gọi là xử lý dữ liệu để gia công chi tiết

– Hệ thống NC ≡ thuật ngữ “hardwired”

– Cùng thiết kế bên trong của hệ thống điều
khiển bao gồm các chỉ thị logic để xử lý dữ
liệu

Kỹ thuật NC và CNC
• Khác nhau:
– Hệ thống NC có thể hiểu một chương trình
gia công chi tiết bằng bộ điều khiển của nó,
nhưng không cho phép có bất cứ một thay
đổi nào đối với chương trình
– Mọi thay đổi thực hiện ngoài bộ điều khiển
(phòng thiết kế)
– Hệ thống NC yêu cầu phải sử dụng băng đột
lỗ để nạp dữ liệu chương trình

Kỹ thuật NC và CNC
• Khác nhau:
– Hệ thống CNC hiện đại sử dụng bộ vi xử lý
gắn bên trong nó
– Máy tính này bao gồm các thẻ nhớ chứa rất

nhiều các thường trình cho phép biến đổi
các hàm logic
– Người lập trình hay người vận hành máy có
thể thay đổi chương trình ngay tại máy


Kỹ thuật NC và CNC
• Khác nhau:

Kỹ thuật NC và CNC
• Lưu ý:

– Chương trình gia công và các hàm logic
được lưu trữ trong máy tính đặc biệt, giống
như các câu lệnh của phần mềm

– Khi đề cập đến một vấn đề cụ thể có liên
quan đến kỹ thuật NC và CNC, thường thì có
thể dùng NC hoặc CNC đều được.

– Hệ thống CNC ≡ thuật ngữ “softwired”

– NC là một kỹ thuật ra đời trước và lạc hậu
hơn CNC

–Tất cả các hệ thống điều khiển hiện nay
đều là hệ thống CNC

Gia công truyền thống và gia công CNC
• Phương pháp chung khi gia công một chi

tiết gồm:

GIA CÔNG TRUYỀN THỐNG
VÀ GIA CÔNG CNC

– Nhận và nghiên cứu bản vẽ
– Chọn phương pháp gia công thích hợp
nhất
– Quyết định phương án kẹp chặt
– Chọn dụng cụ cắt
– Xác định số vòng quay và tốc độ cắt
– Gia công chi tiết


Gia công truyền thống và gia công CNC

Gia công truyền thống và gia công CNC

• Trong gia công truyền thống:

• Trong gia công CNC:

– Người vận hành máy thiết lập các thông số
gia công và di chuyển dụng cụ cắt để tạo ra
chi tiết yêu cầu.
– Cần nhiều đồ gá như đòn kẹp, bánh răng và
vành chia độ,…
– Người vận hành phải thực hiện các thao tác
lặp lại khi gia công loạt các chi tiết
– Con người không thể thực hiện các thao tác

hoàn toàn giống nhau trong mọi thời điểm

– Loại bỏ phần lớn những nhược điểm trên
– Không còn phụ thuộc vào thao tác của con
người
– Có thể được sử dụng nhiều lần một chương
trình gia công và luôn cho kết quả như nhau

Ưu điểm của CNC

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CNC

• Giảm thời gian gá lắp và chuẩn bị chương
trình
• Tăng độ chính xác và tính lặp lại
• Gia công các chi tiết có hình dáng phức
tạp
• Đơn giản hoá dao cụ và đồ gá kẹp
• Giảm thời gian gia công và tăng năng suất


Nhược điểm của CNC
• Chi phí đầu tư ban đầu cao
• Chi phí lập trình và máy tính kèm theo
• Chi phí bảo trì cao và cần phải có thợ bảo
trì chuyên nghiệp

• Máy phay CNC

MÁY CÔNG CỤ CNC DÙNG

TRONG CÔNG NGHIỆP

• Máy phay CNC


• Máy tiện CNC

• Máy khoan CNC

Máy gia công bằng tia lửa điện CNC (Electrical
Discharge Machining - EDM)

Máy gia công bằng tia lửa điện CNC (Electrical
Discharge Machining - EDM)

• Máy bắn điện cực
(Die-sink EDM)

• Máy cắt dây (Wirecut EDM)


• Máy đo tọa độ 3 chiều - CMM (Coordinate
Measuring Machine)

HỆ TRỤC TỌA ĐỘ TRÊN
MÁY CÔNG CỤ CNC

• Hệ tọa độ máy phay CNC

• Điểm chuẩn trên máy phay CNC

• Hệ tọa độ máy tiện CNC

• Điểm chuẩn trên máy tiện CNC

• Hệ tọa độ máy cắt dây CNC

CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN SỐ


Các dạng điều khiển số

Điều khiển điểm - điểm

• Các dạng máy công cụ khác nhau, các
dạng bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi
những chuyển động tương đối giữa dao
và phôi khác nhau

• Dao di chuyển theo đoạn thẳng tới vị trí
yêu cầu

• Các dạng điều khiển số:

• Ba chế độ điều khiển điểm – điểm:

– Điều khiển điểm – điểm
– Điều khiển theo đoạn thẳng
– Điều khiển theo biên dạng

Điều khiển điểm - điểm
– Di chuyển hướng trục:
dao di chuyển tuần tự
theo các trục X, Y hay
ngược lại.
•Ưu điểm: hệ điều khiển
đơn giản do di chuyển
theo các trục hoàn toàn
độc lập.

• Thường dùng để di chuyển nhanh hay
định vị (ví dụ G00)
– Di chuyển hướng trục
– Di chuyển theo phương vuông góc 45 độ
– Di chuyển trực tiếp

Điều khiển điểm - điểm
– Di chuyển theo phương vuông góc 45 độ: cho
đến khi đạt một trong hai thành phần toạ độ,
sau đó di chuyển theo một trục đến khi đạt
toạ độ yêu cầu
•Là phương thức điều khiển theo điểm thông dụng
khi không yêu cầu về tốc độ di chuyển
450


Điều khiển điểm - điểm
– Di chuyển trực tiếp: dao được di chuyển

Điều khiển điểm - điểm
– Di chuyển trực tiếp:

theo hành trình ngắn nhất tới điểm đích
•Yêu cầu bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ
từng trục để dao di chuyển trên đường
thẳng

N090
N100
N110
N120

Điều khiển theo đoạn thẳng

G00 X30 Y85
G00 Z12
G90
G00 X105 Y35 Z2

N090
N100
N110
N120

G00 X30 Y85
G0 Z12
G91
G00 X75 Y-50 Z-10

Điều khiển theo đoạn thẳng

• Chuyển động thẳng trên một trục với tốc
đọ cắt gọt (G01)

N085
N090
N095
N100
N105

G90
G00
G00
G01
G01

X30 Y30
Z2
Z-6
X110 Y75

N085
N090
N095
N100
N105

G00
G00

G91
G01
G01

X30 Y30
Z2
Z-8
X80 Y45


Điều khiển theo biên dạng
• Dao di chuyển theo biên dạng với tốc độ cắt
gọt (G01, G02, G03, …)
• Biên dạng là chuỗi các đường cơ bản: đoạn
thẳng, cung tròn, elíp, parabol, hyperbol,
đường cong bậc ba
• Các di chuyển cơ bản này được gọi là chuyển
động nội suy

Điều khiển theo biên dạng
2.5D

2D

4D

3D

Điều khiển theo biên dạng

Tọa độ tuyệt đối

Điều khiển theo biên dạng

Tọa độ tương đối