Tài liệu Sự khẳng định chất lượng các bộ control CNC được chế tạo trong nước pptx

Sự khẳng định chất lợng các bộ controller cnc
đợc chế tạo trong nớc
QUALITY AFFIRMATION OF DOMESTICALLY MANUFACTURED CNC
CONTROLLERS
Ngô Kiều Nhi, Nguyễn Dơng Thụy, Trần Minh Cờng, Hồ Hồng Sơn
Phòng Thí Nghiệm Cơ Học ứng Dụng - Trờng ĐH Bách Khoa TP.HCM

Tóm tắt
Bắt đầu từ bộ Controller điều khiển máy tiện bằng động cơ bớc đợc chế tạo thành công lần đầu tiên vào năm 1996,
đến nay Phòng Thí Nghiệm Cơ Học
ứ
ng Dụng - Trờng ĐH Bách Khoa TP.HCM (PTNCHUD) đã chuyển giao trên 30
bộ Controller điều khiển máy phay, máy tiện bằng động cơ servo phục vụ nâng cấp hay thay thế các bộ Controller nớc
ngoài các chủng loại khác nhau. Từ điều khiển 2 trục sang 3 trục, 4 trục, từ bộ điều khiển bằng Controller đến phối hợp
với PLC để thực hiện các chức năng khác nhau, đến nay PTNCHUD đã cung cấp các máy công cụ nâng cấp sang CNC
điều khiển bởi máy tính (PC - based) cho các cơ sở sản xuất khuôn nhựa, các trờng học tại TP.HCM, tại Đà Nẵng, Hà
Nội.
Abstract
Since the first controller in 1996 which controls lathe by step motors, the Laboratory of Applied Mechanics -
Hochiminh University of Technology has manufactured over 30 controllers for fraises and lathes by servo motors which
served enhancing or replacing foreign controllers. There are various types of controller, from 2 axes controlling to 3
axes, 4 axes; from controlling by controller to combining with PLC to perform diversified functions. Now, the
Laboratory of Applied Mechanics has supplied machines enhanced to PC-based CNC controller for manufactories,
schools in Hochiminh , Danang and Hanoi.

I. nhu cầu chế tạo
Cùng với chủ trơng của Đảng về Công nghiệp hóa Hiện đại hóa thì bản thân nền kinh tế thị
trờng đã thúc đẩy các doanh nghiệp cần có các thiết bị hiện đại cho phép thay đổi quy trình công
nghệ để nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm. Từ những năm 94, 95 tại TP.HCM đã bắt đầu xuất
hiện các máy công cụ kỹ thuật số, chủ yếu là máy phay, đợc gọi ngắn gọn là máy CNC. Kèm theo
đó là nhu cầu đào tạo nhân lực biết sử dụng máy CNC xuất hiện, buộc các trờng Đại Học, các

trờng dạy nghề phải nghĩ đến chuyện trang bị máy CNC để dạy cho học viên. Tuy nhiên giá của
máy CNC hết sức cao so với khả năng tài chính của đại đa số các doanh nghiệp và cơ sở đào tạo tại
Việt Nam. Xu hớng chính của giới khoa học kỹ thuật trong việc tìm kiếm giải pháp giảm gánh
nặng tài chính trang bị máy CNC là tận dụng các máy công cụ hiện có. Vấn đề còn lại là bộ điều
khiển tự động kỹ thuật số (gọi tắt là bộ CNC hay bộ Controller CNC ký hiệu CNC). Biện pháp tình
thế đợc thỏa mãn bằng cách dùng các bộ CNC của nớc ngoài. Tuy nhiên khi các hãng nớc ngoài
thay đổi loại mới thì biện pháp này gặp khó khăn không vợt qua đợc về linh kiện thay thế. Biện
pháp mang tính căn cơ hơn là chủ động nghiên cứu để chế tạo các bộ CNC. Biện pháp này đã đợc
Phòng Thí Nghiệm Cơ Học ứng Dụng Trờng ĐH Bách Khoa TP.HCM (PTNCHUD) triển khai từ
năm 1995.

ii. các giai đoạn phát triển nghiên cứu
Cho đến nay, công trình nghiên cứu chế tạo hoàn toàn tại Việt Nam các bộ CNC đã trải qua các giai
đoạn: chế tạo thử nghiệm, hoàn thiện thêm, triển khai ứng dụng vào công nghiệp, mở rộng phạm vi
lĩnh vực ứng dụng nh sau:
2.1. Giai đoạn chế tạo thử nghiệm (1996 - 1998)
Mục tiêu nghiên cứu là thử nghiệm khả năng điều khiển đồng thời từ 2 đến 3 trục của máy công cụ,
cụ thể là máy cắt dây, máy tiện, máy phay. Các vấn đề trọng tâm cần giải quyết:
- Phần cứng: điều khiển và phối hợp hoạt động của các động cơ Step.
- Phần mềm: lập chơng trình điều khiển cho phép giao tiếp sử dụng dữ liệu NC program do các
phần mềm CAD/CAM tạo ra, tự soạn thảo các NC program với dung lợng tối đa 64KB, giả lập
đờng chạy dao trên màn hình đồ họa 2 - 3 chiều để kiểm tra dữ liệu và phạm vi chạy bàn trớc khi
gia công thực tế, tính trớc thời gian gia công.
Các bộ CNC trong giai đoạn này chủ yếu đợc điều khiển bởi môtơ bớc. Thị trờng sử dụng là các
trờng học. Các máy đã đợc chuyển giao trong giai đoạn này là:
- Mô hình dạy học máy phay (ký hiệu Supermill), mô hình dạy học máy tiện (ký hiệu Superture)::
Trờng Trung Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 4, Trờng Kỹ Thuật Cao Thắng, Phân viện Kỹ Thuật Phổ
Thông, Trờng Cao Đẳng S Phạm Kỹ Thuật Công Nghiệp, mỗi trờng 1 máy phay 1 máy tiện.
Các đặc tính kỹ thuật của máy khi lắp với CNC đợc chế tạo nh sau:
2.1.1. Máy phay

a- Phần cơ khí:
- Loại: máy phay đứng 3 trục điều khiển bằng động cơ bớc (Step Motor)
- Kích thớc bàn máy: 730mm x 210mm
- Hành trình chạy dao (X x Y x Z): 400mm x 170mm x 120mm
- Lợng chạy dao tối đa: 300mm/phút
- Nguồn điện sử dụng: 1 pha 220V 50Hz
b- Phần điều khiển:
- Điều khiển 3 trục đồng thời, có các lệnh điều khiển nội suy đờng thẳng, cung tròn, đờng xoắn ốc
trụ và các mã lệnh G M thông dụng khác.
- Có thể giao tiếp sử dụng mã lệnh các phần mềm CAD/CAM tạo ra.
- Cho phép biên soạn lập trình điều khiển trực tiếp trên máy theo mã G M.
- Mô phỏng giả lập đờng chạy dao bằng đồ họa trớc khi gia công.
2.1.2. Máy tiện
a- Phần cơ khí:
- Loại: máy tiện 2 trục điều khiển bằng động cơ bớc (Step Motor)
- Hành trình chạy dao (X x nZ): 75mm x 400mm
- Lợng chạy dao tối đa: 300mm/phút
- Độ phân giải kích thớc: 0.005mm
- Nguồn điện sử dụng: 1pha 220V 50Hz
b- Phần điều khiển:
- Điều khiển 2 trục đồng thời, có các lệnh điều khiển nội suy đờng thẳng, cung tròn, và các mã
lệnh G M thông dụng khác.
- Có thể giao tiếp sử dụng mã lệnh do các phần mềm CAD/CAM tạo ra.
- Cho phép biên soạn lập trình điều khiển trực tiếp trên máy theo mã G M.
- Mô phỏng giả lập đờng chạy dao bằng đồ họa trớc khi gia công.
Cho đến nay các máy trên vẫn hoạt động tốt. Ưu điểm của việc dùng các máy loại này cho viêc đào
tạo nh sau:
- Học viên đợc vận hành trực tiếp máy
- Phần giao diện đợc viết phù hợp với năng lực nhận thức của ngời học ở mọi trình độ nhờ có
nhiều hình ảnh, dữ liệu trực quan.

- Khi có sự cố h hỏng thì việc bảo trì của đơn vị cung cấp (tức PTNCHUD) kịp thời, dễ dàng.
2.2. Giai đoạn hoàn thiện triển khai ứng dụng vào công nghiệp (1999 -
2001)
Mục tiêu nghiên cứu là chế tạo bộ CNC điều khiển máy công cụ trên cơ sở động cơ Servo và kiểm
nghiệm sự đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất. Trong giai đoạn này 15 máy công cụ của các cơ
sở khác nhau đã đợc nâng cấp bằng các CNC do PTNCHUD cung cấp (ký hiệu LAME 200n M,
với n là 0, 1 tùy năm chuyển giao là năm 2000 hay 2001).
Các cơ sở trên thuộc các dạng sở hữu khác nhau: nhà nớc, t nhân; tại các thành phố lớn: TP.HCM,
Hà Nội, Đà Nẵng. Có thể kể một số đơn vị điển hình nh sau:
- Công Ty Chế Tạo Máy SINCO
- Công Ty Cơ Khí Khuôn Mộu và ép Nhựa CKE (2 bộ)
- Trờng Cao Đẳng Công Nghệ - ĐHQG Đà Nẵng (thuộc nhà nớc)
- Cơ sở Cơ Khí và Nhựa Ngọc Hoa (3 bộ)
- Công Ty TNHH Cơ Khí Tân Hòa (tại Ba Đình Hà Nội)
- Cơ sở Dơng Bội Chí (2 bộ)
-

Các đặc tính kỹ thuật của CNC nhãn hiệu LAME 2000 M nh sau:
a. Điều khiển
Số trục điều khiển: 3 trục X, Y, Z đợc điều khiển chuyển động đồng thời;
Tăng giảm tốc tự động cho tất cả lệnh chuyển động;
Hệ thống điều khiển servo (closed-loop) vị trí theo nguyên lý PIVF (tuyến tính tích phân và
velocity feed forward) cho các động cơ AC/DC servo;

Hệ thống điều khiển hai vị trí (phần chọn lựa);

Hệ thống thay dao tự động (có khả năng thay đến 128 dao);
Tốc độ chạy dao nhanh (G0) có thể đạt 9m/phút (độ phân giải kích thớc 1àm);
Tốc độ chạy dao nội suy đạt tới 1,5m/phút (độ phân giải kích thớc 1(m);
Có khả năng tự kiểm tra hệ thống điều khiển và báo lỗi.

b. Giao tiếp

Các chức năng đợc tổ chức theo dạng pull-down menu;

Màn hình điều khiển đồ họa màu 14, hiện liên tục (realtime) tọa độ máy X, Y, Z và vị trí
dao thực tế trên không gian làm việc của bàn máy;
Cho phép giả lập bằng đồ họa (graphically simulate) đờng chạy tâm dao trên hình chiếu
không gian làm việc của bàn máy và trên hình chiếu trục đo (3 chiều) để kiểm tra trớc khi
gia công thực tế;
Ước tính trớc thời gian gia công bằng giả lập;
Có các chức năng Feed Hold, Program Restart, Over Ride, Handle.
c. Dữ liệu

Cho phép soạn thảo NC-program với trình soạn thảo (text-editor) dung lợng dữ liệu tới
64KB;

Có thể nạp dữ liệu vào bộ điều khiển qua trung gian đĩa mềm 1.44MB (3.5 inches) hoặc qua
đờng truyền nối tiếp RS-232. Dung lợng và số chơng trình lu trong bộ điều khiển không
hạn chế.
d. Mã lệnh
Hệ mã lệnh (G-M code) tơng thích với hệ mã lệnh của FANUC;
Có đủ các mã G-code nội suy: thẳng (3 chiều), cung tròn CW/CCW, xoắn ốc trụ CW/CCW
trong 3 mặt phẳng chính (G17, G18, G19);

Có thể dùng mã R (bán kính) hoặc I, J, K (tâm) khi nội suy tròn và xoắn ốc;

Ngời sử dụng có thể đặt 6 hệ tọa độ gia công G54 G59;

Có lệnh bù bán kính dao (G40, G41, G42), bù chiều dài dao (G43, G44, G49);

Ngời sử dụng có thể đặt thông số bù dao (bán kính, offset dài) cho 9 dao.
2.3. Giai đoạn mở rộng chức năng của CNC và lĩnh vực ứng dụng (từ
2001- đến nay)
Hiện nay trên thị trờng nhập ồ ạt các xác máy công cụ của nớc ngoài với các nhãn hiệu khác nhau
của các nớc khác nhau và với các chức năng phụ khác nhau. Vấn đề kỹ thuật yêu cầu đối với bộ
CNC chế tạo trong nớc là phải thỏa mãn các yêu cầu đa dạng đó. Có thể kể ra một số đặc tính kỹ
thuật yêu cầu trong quá trình gắn các bộ LAME 200n M cho một số loại nhãn máy nh sau:

Nhãn máy Loại máy Đặc tính yêu cầu
HAMAI Máy phay Nâng bàn, không thay dao
OKOMA Máy phay Chạy đầu trục Z, không thay dao
YOSHIDA Máy phay Chạy đầu trục Z, không thay dao
MAKINO Máy phay Chạy đầu trục Z, không thay dao
SEIKI Máy tiện Chạy đầu trục Z, không thay dao
HITACHI SEIKI Máy phay Chạy đầu trục Z, điều khiển ngoại vi, thay 21 dao tự động
TOYODA Máy phay Chạy đầu trục Z, điều khiển ngoại vi, thay 21 dao tự động

Trong giai đoạn này (tức từ năm 2001 đến nay) đã có trên 10 máy phay, tiện với các yều cầu điều
khiển khác nhau: nâng số trục điều khiển lên hơn 3, điều khiển PLC ngoại vi, thay dao tự động với
số lợng dao lớn đã đợc nâng cấp bằng bộ LAME 2001 M và LAME 2002 - M.
Trên các Hình 1, 2 là hình ảnh một số tủ CNC và một số máy đợc nâng cấp


a) Boọ ủieu khieồn CNC Controller LAME 2001 T b) Boọ ủieu khieồn CNC Controller LAME 2002
M
Hình 1: Bộ điều khiển CNC

Hình 2: Bộ điều khiển CNC chuyển giao cho các cơ sở
Bên cạnh các máy công cụ (cắt tia lửa điện, phay, tiện) thì LAME 200n M đợc sử dụng để nâng
cấp các loại máy khác: máy in ống đồng THINK LAB, máy cắt bao bì, máy đục lỗ dệt,

iii. các nhận định và đề xuất
Trong vòng 6 năm qua đã có trên 30 bộ CNC mang nhãn hiệu LAME 200n M đợc lắp đặt tại
các cơ sở sản xuất khác nhau, điều này đã khẳng định đợc sự thừa nhận của thị trờng đối với sản
phẩm. Mặc dù còn cần phải cải tiến liên tục trớc các yêu cầu ngày càng nhiều và khắt khe hơn,
song LAME 2000 M đã đạt đợc mục tiêu thuyết phục các doanh nghiệp trong nớc sử dụng
mình. Có đợc thành quả trên là nhờ những nguyên nhân sau:
- Đạt đợc chất lợng theo yêu cầu kỹ thuật hiện nay trong giới sản xuất tại Việt Nam.
- Đáp ứng đợc các nhu cầu điều khiển đa dạng do việc nhập các chủng loại máy rất khác nhau.
- Bảo trì tốt, không bị động về linh kiện, cán bộ kỹ thuật bảo trì luôn đáp ứng các nhu cầu khắt khe
của các cơ sở sản xuất về thời gian.
- Giá cả hợp lý. Nhờ yếu tố này mà nhiều cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, đồng vốn ít cũng có đợc các
máy điều khiển tự động. Trong số 30 máy đã đợc nâng cấp bởi LAME 200n M thì trên 20 chiếc
(tức chiếm 2/3) thuộc các cơ sở t nhân. Việc phổ cập hóa các máy tự động đến các doanh nghiệp
vừa và nhỏ là một nhu cầu cần đạt của chơng trình Tự động hóa Hiện đại hóa.
Nội dung tự động hóa các thiết bị công nghiệp có thể cho rằng gồm các bài toán cần giải quyết nh
sau:
a- Chế tạo máy (chế tạo cơ khí máy)

b- Chế tạo bộ điều khiển CNC
c- Vạch ra quy trình công nghệ
Hiện nay biện pháp giải quyết để điều khiển máy các cơ sở sản xuất quy mô khác nhau đặc biệt quy
mô vừa và nhỏ có đợc máy CNC là nhập xác máy đã qua sử dụng với bộ điều khiển h hỏng hay
không còn thích hợp do thuộc thế hệ cũ, không còn linh kiện thay thế.
Trên các xác máy đó, PTNCHUD cải tạo thêm phần cơ khí, loại toàn bộ phần điều khiển cũ, và lắp
đặt LAME 2002 M vào. Thực tế cho thấy việc chế tạo cơ khí phần máy hiện nay nền công
nghiệp Việt Nam cha làm đợc. Vậy có nên chăng chơng trình Tự Động Hóa nên coi trọng phần
công nghệ gia công cơ khí để đủ sức chế tạo các chi tiết khác nhau một cách đồng bộ sao cho tổ
hợp thành một cái máy có đầy đủ điều kiện cho phép lắp các bộ CNC vào.
Vấn đề quy trình công nghệ để điều khiển chơng trình làm việc của máy tự động cũng là một vấn
đề lớn cần đặc biệt quan tâm.
Mặt khác, quy trình công nghệ gia công trên máy điều khiển tự động khác hẳn đối với máy do
nguồn công nhân tự thao tác điều khiển các chuyển động. Nừu quy trình công nghệ trớc đây đợc
nh một khoa học thành ra một môn học thì thiết nghĩ quy trình công nghệ gia công khi sử dụng
công cụ CNC cũng phải đợc vạch ra một cách chuẩn mực.
Cả 3 bài toán trên cần đợc giải quyết ở ngang tầm nhau thì mới phối hợp đợc nguồn tài nguyên về
kinh phí NCKH, về thành quả đã đạt đợc. Vì vậy thiết nghĩ chơng trình Tự động nên xem xét, bổ
sung lực lợng vào giải quyết 2 bài toán (a) và (c) trên.