Đại cương về điều khiển theo chương trình số

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO
CHƯƠNG TRÌNH SỐ
I _ KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ
Ở máy thông thường việc điều khiển chuyển động cũng như thay đổi
vận tốc của các bộ phận máy điều khiển được thực hiện bằng tay. Với
cách điều khiển này thời gian phụ thuộc khá lớn, nên không thể nâng cao
năng suất lao động.
Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa quá trình
điều khiển. Trong sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn, từ lâu người ta dùng
phương pháp gia công tự động với việc tự động hóa quá trình điều khiển.
Đặc điểm của loại máy tự động này là rút ngắn thời gian phụ, nhưng thời
gian chuẩn bò sản xuất quá dài (thời gian thiết kế và chế tạo,thời gian điều
chỉnh máy …). Nhược điểm này không đáng kể, nếu sản xuất với khối
lượng lớn. Trái lại với lượng sản xuất nhỏ, mặt hàng thay đổi thường
xuyên, loại máy tự động trở nên không kinh tế. Do đó cần phải tìm ra
phương pháp điều khiển mới, đảm bảo thời gian điều chỉnh máy để gia
công từ loại chi tiết này sang chi tiết khác được nhanh. Yêu cầu này được
thực hiện với việc điều khiển theo chương trình.
Điều khiển theo chương trình là một dạng điều khiển tự động mà tín hiệu điều
khiển (tín hiệu ra) được thay đổi theo một qui luật trước. Nói cách khác, trên máy điều
khiển theo chương trình, thứ tự, giá trò của các chuyển động cũng như thứ tự đóng mở
các bộ phận máy, đóng mở hệ thống làm nguội, bôi trơn, thay mũi khoan… Điều được
thực hiện đúng theo một chương trình đã vạch sẵn. Các cơ cấu mang chương trình này
được đặt vào thiết bò điều khiển, và sẽ làm tự động theo chương trình đã cho.
Nếu các chương trình trên được ghi lại bằng các dấu tì, bằng hệ thống cam, bằng
mẫu ghép hình … Ta gọi hệ thống điều khiển đó là hệ thống điều khiển theo chương trình
phi số. Nếu các chương trình được biểu thò bằng các chữ số dưới dạng mã hiệu, ta gọi hệ
điều khiển theo chương trình số.
Như vậy điều khiển theo chương trình số là một quá trình tự động cho phép đưa
một cơ cấu di động từ vò trí này đến vò trí khác bằng một lệnh. Sự dòch chuyển ấy có thể

là lượng di động thẳng (hoặc một góc quay theo các bậc tự do).
Trong nhiều trường hợp, phương pháp điều khiển theo chương trình số được thiết
kế tự động hóa việc di chuyển một cơ cấu từ vò trí này đến vò trí khác, ta gọi là "điều
khiển theo điểm". Nhưng ta cũng dễ dàng khi rút ngắn vô hạn khoảng cách giữa các
điểm di động kế tiếp nhau và sẽ đạt đến một quá trình điều khiển quỹ đạo gọi là điều
khiển theo đường.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Phương pháp điều khiển theo chương trình số có thể dùng để di động bất kỳ một
cơ cấu nào được truyền động bằng động cơ. Phạm vi sử dụng nó rất rộng, nhưng chủ yếu
là tự động hóa máy công cụ.
Vì chương trình số có thể tiến hành cách xa máy và máy có hệ thống đo lường
riêng, nên hệ thống điều khiển này có thể điều khiển một cách dể dàng và nhanh chóng.
Hệ thống điều khiển theo chương trình số còn được gọi tắt là hệ thống NC
(Numerical Control) và máy điều khiển theo chương trình số được gọi là máy NC. Như
thế: Máy NC là loại máy công cụ hoạt động tự động một phần hoặc toàn phần với các
lệnh được thể hiện bằng dạng tín hiệu là các chữ số được ghi trên băng từ, đóa từ hoặc
phim…
Bước phát triển cao của máy điều khiển theo chương trình số là sự ra đời của
trung tâm gia công CNC. Vậy trung tâm gia công là một loại máy điều khiển theo
chương trình số có cơ cấu tự động để thực hiện nhiều loại nguyên công khác nhau sau
một lần kẹp chi tiết, với sự trợ giúp của máy tính điện tử.
CNC có thể phân thành 2 loại: Loại dùng để gia công có dạng thân hộp tấm, loại
gia công chi tiết tròn xoay.
II _ ĐẶC ĐIỂM CỦA CNC
- Tập trung nguyên công cao độ.
- Có cơ cấu cấp dao tự động với dung lượng lớn.
- Phần lớn CNC thường có bàn máy phụ và đồ gá.
- Đạt được độ chính xác cao ở nguyên công tinh.
- Các CNC thường dùng hệ thống điều khiển theo đường.
III _ HỆ TOẠ ĐỘ MÁY

Các điểm mà trong khi gia công được xác đònh trong một chương trình để mô tả vò
trí của các điểm náy trong vùng làm việc, ta dùng hệ tọa độ. Nó bao gồm ba trục vuông
góc với nhau cũng cắt nhau tại điểm gốc 0.
Với hệ toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng được xác đònh thông qua các tọa độ
của nó. Hệ tọa độ máy do nhà chế tạo xác đònh, thông thường nó không thể thay đổi.
Hình 1-1 : Hệ tọa độ vuông góc trên máy
- Trục X là trục chính trong mặt phẳng đònh vò. Trên máy khoan nằm song song với bàn
máy ( bàn kẹp chi tiết).
Hình 1-2: Xác đònh nhanh chiều trục tọa độ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
- Trục Y là trục thứ 2 trong mặt phẳng đònh vò. Trên máy khoan nó nằm trên mặt máy
và vuông góc với bàn máy.
- Trục Z luôn luôn trùng với trục truyền động chính. Trục này được nhà chế tạo xác
đònh. Chiều dương của trục Z chạy từ chi tiết hướng đến mũi khoan. Điều đó có nghóa
là trong chuyển động theo chiều âm của trục Z, mũi khoan sẽ đi tới bề mặt chi tiết.
Để xác đònh nhanh chiều của các
trục, dùng luật bàn tay phải(Hình 1-1):
Ta đặt ngón giữa bàn tay phải theo chiều
của trục Z thì ngón tay cái sẽ trỏ về
chiều của trục x và ngón tay trỏ sẽ chỉ
theo chiều của trục Y.
Hệ toạ độ cơ bản được gắn liền với
chi tiết.
Bởi vậy khi lập trình ta phải luôn luôn xuất phát từ chổ xác đònh chi tiết đứng yên còn
mũi khoan thì chuyển động. Điều đó có nghiã là:
Khi khoan rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhưng để đơn giản hơn cho việc lập
trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn mũi khoan thì dòch chuyển. Ta gọi đó là
chuyển động tương đối của mũi khoan.
Để mô tả đường dòch chuyển của mũi khoan (dữ liệu tọa độ) trên một số máy CNC có
cả hai khả năng.

a) Dùng toạ độ Đề_Cac :
Khi dùng dữ liệu toạ độ Đề Các, ta đưa ra khoảng cách đo song song với trục từ một
điểm tới một điểm khác.
Các khoảng cách theo chiều dương của trục có kèm theo dấu dương (+) phía trước.
Các khoảng cách theo chiều âm của trục có kèm theo dấu âm (-) phía trước.
 Các số đo có thể đưa ra theo hai phương thức:
♦ Đo tuyệt đối :
Với các số đo tuyệt đối, ta đưa ra tọa độ các điểm đích tính từ một điểm cố
đònh trong vùng làm việc. Nghóa là trong mỗi chuyển động đều xác đònh mũi
khoan phải dòch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối.
♦ Đo theo chuổi kích thước :
Với các số đo theo chuỗi kích thước, ta đưa ra tọa độ các điểm
đích tính từ các điểm dừng lại của mũi khoan sau một lổ khoan được
khoan. Nghóa là trong mỗi chuyển động đều đưa ra số liệu của mũi khoan
cần được dòch chuyển tiếp một lượng là bao nhiêu nữa theo từng trục toạ
độ.
b) Dùng tọa độ cực :
Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ tọa độ cực, ta đưa ra vò trí của một điểm thông qua
khoảng cách và góc so với một trục cơ sở.
Các tọa độ cực chỉ có thể đo trên một mặt phẳng chính. Trong phạm vi của một hệ
tọa độ cực có 3 mặt phẳng chính. Từ 3 trục x, y và z của hệ thống sẽ có 3 mặt kẹp, đó là:
Mặt x/y, mặt x/z, mặt y/z.
 Những điểm quan trọng trong một hệ tọa độ cực
Y
Hình 1-3: Sơ đồ điều khiển theo điểm
y2
y1
x1 x2
X
A

B
Hình 1-4: Sơ đồ điều khiển theo đoạn
X
Y
y2
y1
x1 x2
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
♦ Điểm chuẩn : Là điểm gốc 0 của hệ tọa độ máy.
♦ Điểm 0 chi tiết : Là điểm gốc 0 của hệ tọa độ chi tiết, nó được giữ cố đònh cho
một chi tiết.
♦ Điểm 0 lập trình : Là điểm gốc 0 từ đó xác đònh các dữ liệu cập nhật trong một
chương trình. Điểm này có thể thay đổi thông qua lệch dòch chuyển điểm 0.
IV _ CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN
Phù hợp với yêu cầu đa dạng trong thực tế, người ta phân biệt hệ điều khiển theo
ba mức điều khiển khác nhau :
- Điều khiển theo điểm.
- Điều khiển theo đoạn.
- Điều khiển theo đường.
1. Điều khiển theo điểm :
Là hệ thống điều khiển không có mối
quan hệ hàm số (vô hàm) giữa các chuyển
động dọc theo trục tọa độ. Nhiệm vụ chủ
yếu của hệ thống điều khiển là đònh vò chính
xác mũi khoan hoặc chi tiết vào ví trí
yêu cầu. Hệ thống này không kiểm tra
theo qũi đạo, vận tốc, mà kiểm tra theo
vò trí đònh vò.
Điển hình nhất của hệ thống này là điều khiển để khoan lỗ tức là cần điều khiển
chuyển động tương đối giữa dao và phôi đến từng điểm xác đònh. Chẳng hạn từ điểm

A(X
1
,Y
1

), B(X
2
,Y
2

). Đặc điểm của loại điều khiển này là trong quá trình điều khiển mũi
khoan không làm việc. Quá trình gia công chỉ được tiến hành theo bất cứ tọa độ nào: Có
thể trước tiên theo tọa độ X, sau đó theo Y hoặc ngược lại, hoặc đồng thời thực hiện cùng
một lúc trên hai trục với vận tốc lớn nhất .
2. Điều khiểu theo đoạn :
Cũng giống như hệ thống điều khiển
theo điểm, tức là không có quan hệ hàm
số giữa các chuyển động theo tọa độ.
Điểm khác là khi đònh vò, mũi khoan
làm việc nên không thể đònh vò theo
một đường bất kỳ, mà thông thường
phải theo hướng song song với một trục
tọa độ.
Số liệu hình dáng Số liệu công nghệ
Dữ liệu gia công
Lập chương trình
Cơ cấu ghi mã hiệu hiệu
Chương trình
Xử lý dữ liệu
Bên ngoài

Bên trong
Cơ cấu đọc
Cơ cấu giãi mã
Tín hiệu hành trình
Cơ cấu chuyển đổi
Tín hiệu khởi động
Cơ cấu so sánh
Cơ cấu khuếch đại
Động cơ điều khiển
Thiết bò đo hành trìnhThiết bò đo hành trình
Bàn máy
Bàn máy
Y
X


 Thí dụ :
 Khi khoan cạnh song song với trục tọa độ được xác đònh bởi các điểm (X
1
,Y
1
) và
(X
2
,Y
2
) thì phải di động bàn máy (hoặc mũi khoan) theo tọa độ Y. Trong lúc đó bàn trượt theo
hướng X phải đứng yên. Chỉ sau khi khoan xong các điểm song song với trục Y rồi mới tiến
hành đònh vò các điểm song song với trục X.
 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển theo điểm và theo đoạn không khác

nhau. Do đó, ta có thể thực hiện hệ thống này theo sơ đồ sau.
 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển theo điểm và đoạn khởi đầu bằng các số liệu
về hình dáng và số liệu công nghệ chi tiết gia công. Hai số liệu ấy tạo thành dữ liệu gia công.
Thông qua quá trình lập trình, nhờ cơ cấu ghi mã hiệu, các dữ liệu gia công được biến thành
các mã hiệu ghi vào chương trình. Chương trình này bao gồm tất cả mọi tín hiệu cần thiết cho
việc điều khiển các cơ cấu của máy.
 Những khâu kể trên có thể thực hiện ở bất cứ nơi nào, tách xa khởi máy, nên gọi
là phần xử lý dữ liệu bên ngoài. Dữ liệu gia công cũng có thể đưa trực tiếp vào bảng điều
khiển số đặt trên máy (như máy NC đơn giản) hoặc truy nhập trực tiếp vào máy tính trung tâm
như ở hệ thống CNC. Các khâu kế tiếp của xích điều khiển điều đặt bên trong máy, nên gọi là
phần xử lý dữ liệu bên trong.
 Khâu đầu tiên của phần xử lý dữ liệu bên trong là cơ cấu đọc. Vì chương trình
ghi các dữ liệu gia công dưới dạng mã hiệu, nên phải qua cơ cấu giải mã để biến mã hiệu
thành những tín hiệu điều khiển: Tín hiệu hành trình và tín hiệu khởi động.
 Tín hiệu khởi động có nhiệm vụ đóng ngắt các cơ cấu tác động, nên ta không đề
cập đến trong sơ đồ cấu trúc. Còn tín hiệu hành trình là những trò số đã được xác đònh để đònh vò
bàn máy theo tọa độ X-Y. Tín hiệu hành trình cần đưa qua cơ cấu chuyển đổi, nhằm tạo nên
những tín hiệu giống nhau để đưa vào cơ cấu so sánh.
 Cơ cấu so sánh có hai tín hiệu vào: một tín hiệu là những trò số xác đònh từ
chương trình đưa đến gọi là giá trò cần, một tín hiệu là những trò số thực tế từ thiết bò đo hành
trình của bàn máy đưa đến gọi là giá trò thực. Qua cơ cấu so sánh, nếu hai gía trò chênh lệch
nhau, sẽ tạo nên một tín hiệu sai lệch. Qua cơ cấu khuếch đại, tín hiệu sai lệch làm khởi động
động cơ (động cơ quay bàn máy) để bù sai số. Khi đạt đến vò trí đã đònh, giá trò cần và giá trò
thực bằng nhau, tín hiệu sai lệch sẽ bằng không, cơ cấu khởi động dừng.


 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC
 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỂM VÀ ĐOẠN




