Giáo trình CAD/CAM/CNC - Phùng Xuân Lan

Nội dung text: Giáo trình CAD/CAM/CNC - Phùng Xuân Lan

1. Bản chất của điều khiển số 5
2. Bản chất của điều khiển số 6
3. Bản chất của điều khiển số 7
4. Bản chất của điều khiển số NC code tape NC program tape 8
5. Bản chất của điều khiển số 9
6. Bản chất của điều khiển số „ Phương pháp truyền thông tin đầu vào z Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó được tập hợp một cách hệ thống thành chương trình gia công chi tiết và có thể: „ Thông qua các vật mang tin như băng đục lỗ, giấy đục lỗ „ Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ hoặc đĩa compact CD) và được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích. „ Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng ttayay trên bảng điều khiển. „ Được chuyển trực tiếp từ bộ nhớ của một máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công (nguyên tắc vận hành DNC) 10
7. Bước phát triển của điều khiển số 11
8. Bước phát triển của điều khiển số „ 1808 z Joseph M. Jacquard đã dùng bìa tôn có đục lỗ để điều khiển các máy dệt „ 1938 z Claude E. Shannon (MIT) tính toán và chuyển giao nhanh dữ liệu ở dạng nhị phân có vận dụng lý thuyết đại số và xác nhận công tắc điện tử - nền tảng cơ sở của máy tính ngày nay. „ 1952 z Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số đầu tiên (CINCINNATI HYDROTEL) gồm nhiều đèn điện tử với chức năng nội suy đường thẳng đồng thời theo 3 trục và nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân. „ 1958 z Ngôn ngữ lập trình biểu tượng hoá đầu tiên (APT) được giới thiệu trong quan hệ liên kết với máy tính IBM 704. 12
9. Bước phát triển của điều khiển số „ 1959 z Triển lãm máy công cụ tại Paris, trình bày những máy NC đầu tiên của Châu Âu „ 1960 z Các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn đã thay thế các hệ thống điều khiển cũ dùng đèn điện tử „ 1965 z Giải pháp thay dụng cụ tự động đã nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công „ 1969 z Những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ một máy tính trung tâm DNC „ 1970 z Giải pháp thay/bệ gá phôi tự động 13
10. Bước phát triển của điều khiển số „ 1972 z Những hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ - hệ điều khiển số dùng máy tính nhỏ CNC „ 1976 z Hệ vi xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC „ 1978 z Các hệ thống gia công linh hoạt (FMS) được tạo lập „ 1979 z Những khớp nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên xuất hiện „ 1986/1987 z Giải pháp tích hợp và tự động hoá sản xuất (CIM) „ 1993 z Sự xuất hiện của các trung tâm gia công (MC) „ 1994 z Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM-CNC 14
11. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số NC (Numerical Control) z Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua những dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển z Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng 15
12. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số NC (Numerical Control) Băng đục lỗ Tính toán, kiểm tra, giải mã Lưu giữ thông Lưu giữ lệnh tin vị trí điều khiển máy Điều khiển NC Bộ so sánh trị số thực Bộ nội suy và trị số cho trước Bộ khuyếch đại các thông tin dịch chuyển và điều khiển máy Trị số thực Bộ thích nghi Lệnh điều khiển máy Trị số cho trước Máy NC Hệ thống đo Hệ thống dịch chuyển truyền động 16
13. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) z Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao hàm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý kèm theo các bộ phận ngoại vi z Các chương trình CNC và các hàm logic được lưu trên các vi mạch máy tính đặc biệt (các thanh ghi bộ nhớ của máy tính) dưới dạng các phần mềm thay vì được nối kết cứng (nối dây) do đó các chương trình làm việc có thể thiết lập trước. 17
14. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) Đĩa mềm, CD Đưa dữ liệu vào từ bàn phím Chương trình vào/ra Chương trình giải mã Chương trình điều hành bộ Chương lưu giữ chương trình trình gia công Chương trình in NC Điều khiển CNC Chương trình nội suy Lưu giữ chương trình Bộ khuyếch đại các thông tin dịch chuyển và điều khiển máy Trị số thực Bộ thích nghi Máy NC 18
15. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) z Hệ thống điều khiển trong đó nhiều máy CNC được nối với một máy vi tính gia công trung tâm qua đường dẫn dữ liệu z Mỗi máy công cụ CNC có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhệm vụ chọn lọc và phân phối các thông tin, bộ tính toán được coi là cấu nối giữa máy công cụ và máy tính trung tâm. z Máy tính trung tâm có thể nhận những thông tin từ các bộ phận điều khiển CNC để hiệu chỉnh chương trình hoặc có thể đọc những dữ liệu từ máy công cụ z Trong một số trường hợp máy tính đóng vai trò chỉ đạo trong việc lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia lượng gia công tới các máy khác nhau 19
16. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) „ Ưu điểm của hệ thống z Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình của chi tiết gia công và dụng cụ trên tất cả các máy công cụ z Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy, phát huy tốt hiệu quả của các máy NC z Điều khiển và lập kế hoạch gia công dễ dàng z Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia công linh hoạt 20
17. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển thích nghi (Adaptive Control) z Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để điều chỉnh chu kỳ gia công (quá trình gia công) nhằm loại bỏ ảnh hưởng của các yếu tố đó tới độ chính xác gia công z Hệ thống điều khiển thích nghi có thể ổn định được kích thước gia công, công suất cắt, mômen cắt hay nhiệt độ cắt. Schematic illustration of a reconfigurable modular machining center capable of accommodating workpieces of different shapes and sizes and requiring different machining operations on their various surfaces. Source: After Y. Koren. 21
18. Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển thích nghi (Adaptive Control) z Ưu điểm của AC „ Tối ưu hoá các quá trình gia công „ Nâng cao được độ chính xác gia công „ Giảm thiểu tác động của các yếu tố bên ngoài (rung động, nhiệt cắt, sự không đồng đều của phôi liệu ) In-process inspection of workpiece diameter in a turning operation. The system automatically adjusts the radial position of the cutting tool in order to produce the correct diameter. 22
19. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) z Là hệ thống sản xuất có mức độ tự động hoá cao bao gồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi, hệ thống vận chuyển phôi tự động, các máy tính hệ thống cung cấp chương trình điều khiển toàn bộ công việc z FMS được ứng dụng để gia công các chi tiết có hình dáng khác nhau nhưng trong cùng một họ sản phẩm theo thứ tự không lựa chọn với giá thành hợp lý 23
20. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 24
21. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS A general view of a flexible manufacturing system in a plant showing several machining centers and automated guided vehicles moving along the white line in the aisle. Source: Courtesy of Cincinnati Miacron, Inc. 25
22. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS A schematic illustration of a flexible manufacturing system showing machining centers, a measuring and inspection station. And automated guided vehicles. Source: After J. T. Black. 26
23. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Cơ cấu vệ tinh cấp, tháo phôi tự động Ổ tích dụng cụ và cơ cấu thay dao tự động 27
24. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Các máy CNC một trục hoặc nhiều trục Các robot làm nhiệm vụ vận chuyển 28
25. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Three basic types of topology for a local area network (LAN). (a) The star topology is suitable for situations that are not subject to frequent configuration changes. All messages pass through a central station. Telephone systems in office buildings usually have this type of topology. (b) In the ring topology, all individual user stations are connected in a continuous ring. The message is forwarded from one station to the next until it reaches its assigned destination. Although the wiring is relatively simple, the failure of one station shuts down the entire network. (c) In the bus topology, all stations have independent access to the bus. This systems is reliable and easier than the other two to service. Because its arrangement is similar to the layout of the machines in the factory, its installation is relatively easy, and it can be rearranged when the machines are rearranged. 29
26. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS z Ưu điểm của hệ thống FMS „ Nâng cao năng suất của máy nhờ gia công đồng thời bằng nhiều dao „ Giảm thời gian phụ nhờ thay dao tự động và sử dụng cơ cấu vệ tinh để gá phôi „ Tự động hoá dòng di chuyển của phôi nhờ hệ thống vận chuyển điều khiển bằng máy tính „ Giảm chi phí hành chính nhờ điều điều sản xuất bằng máy tính „ Tối ưu hoá quá trình công nghệ bằng ứng dụng hệ thống kế hoạch khai thác tối ưu 30
27. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 31
28. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 32
29. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 33
30. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 34
31. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 35
32. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) z Là sự liên kết toàn bộ giữa CAD và CAM vào một quá trình giám sát và điều khiển hoàn toàn bằng máy tính 36
33. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) Flexible Small batch Mass Manufacturing Customization Customized NEW CHOICES T RA DIT ION AL Mass Production EXIBILITY L Continuous CH Process OIC PRODUCT F ES Standardized Small BATCH SIZE Unlimited Relationship of Computer-Integrated Manufacturing Technology to Traditional Technologies 37
34. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) 38
35. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) Schematic illustration of a computer-integrated manufacturing system. Source: After U. Rembold. 39
36. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) (a) Functional layout of machine tools in a traditional plant. Arrows indicate the flow of materials and parts in various stages of completion. (b) Group-technology (cellular) layout. Legend: L – lathe, M = milling machine, D = drilling machine, G = grinding machine, A = assembly. Source: After M. P. Groover. 40
37. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) z Group technology (Công nghệ nhóm) Grouping parts according to their (a) geometric similarities and (b) manufacturing attributes. 41
38. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) Classification and coding system according to Optiz consisting of a form code of 5 digits and a supplementary code of 4 digits. 42
39. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) Classification and coding system according to Optiz consisting of a form code of 5 digits and a supplementary code of 4 digits. Typical multiClass code for a machined part. Source: Courtesy of Organization for Industrial Research. 43
40. Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) z Ưu điểm của hệ thống „ Tính linh hoạt của sản phẩm, của sản lượng và của vật liệu „ Nâng cao năng suất và chất lượng gia công „ Hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất „ Giảm lao động trực tiếp và lao động gián tiếp „ Thiết kế có năng suất và độ chính xác cao „ Tiêu chuẩn hoá cao và sử dụng vật liệu hợp lý „ Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sản xuất „ Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết „ Giảm thời gian giám sát sản xuất và số cán bộ thực hiện công việc này 44
41. ĐĐẶẶCC TRƯNGTRƯNG VVỀỀ MMÁÁYY ĐIĐIỀỀUU KHIKHIỂỂNN SSỐỐ Ths.Phùng Xuân Lan Bộ môn CNCTM Khoa Cơ Khí 1
42. Nội dung của bài giảng „ Đặc trưng của máy điều khiển số „ Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Các điểm 0 và các điểm chuẩn „ Các dạng điều khiển 2
43. Đặc trưng của máy điều khiển số „ Ưu điểm cơ bản của máy điều khiển số so với điều khiển thường z So với máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của M- CNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển. Người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy z So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam, cữ chặn, công tắc hành trình ), M-CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt khi có trợ giúp của máy tính, tiếc kiệm thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả với sản xuất loạt nhỏ. z Phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá” cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất ứng dụng kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cụ bộ hay toàn cầu 3
44. Đặc trưng của máy điều khiển số „ Đặc trưng cơ bản của máy điều khiển số (NC, CNC) z Tự động hoá cao z Tốc độ dịch chuyển và tốc độ quay lớn (hơn 1000 vòng/phút) z Độ chính xác cao (sai lệch kích thước <0,001mm) z Năng suất gia công cao (gấp 3 lần máy thường) z Tính linh hoạt cao (tính thích nghi nhanh với đối tượng gia công thay đổi, thích hợp với sản xuất loạt nhỏ) z Tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong một lần gá phôi) z Chuẩn bị công nghệ để gia công khác với máy thường là phải lập trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã cài đặt cho hệ điều khiển NC, CNC z Máy gia công CNC có giá trị kinh tế lớn (giá đắt) 4
45. CCÁÁCC TRTRỤỤCC TOTOẠẠ ĐĐỘỘ VVÀÀ CCÁÁCC CHICHIỀỀUU CHUYCHUYỂỂNN ĐĐỘỘNGNG 5
46. Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Hệ trục toạ độ z Hệ thống các trục toạ độ xác định theo nguyên tắc bàn tay phải „ Ngón tay cái là trục X, ngón tay trỏ là trục Y và ngón tay giữa là trục Z 6
47. Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Hệ trục toạ độ - Một số quy định chung - TC DIN 66217 z Trục Z: „ Nếu máy có trục chính cố định, không xoay nghiêng được thì trục Z nằm song song với trục chính hoặc chính là đường tâm trục đó „ Nếu trục chính xoay nghiêng được và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ độ nào đó, thì chính trục toạ độ đó là trục Z „ Nếu trục chính xoay nghiêng được song song với nhiều trục toạ độ khác nhau thì trục Z là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy „ Nếu máy có nhiều trục chính công tác, ta sẽ chọn một trong số đó là trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết „ Nếu máy không có trục chính công tác (ví dụ máy bào ) thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết 7
48. Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Hệ trục toạ độ - Một số quy định chung - TC DIN 66217 z Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thường ưu tiên theo phương nằm ngang. „ Trên các máy có dao quay tròn z Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết z Nếu trục Z thẳng đứng và máy chỉ có một thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết z Nếu máy có hai thân máy thì chiều dương trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào thân máy bên trái. „ Trên các máy có chi tiết quay tròn z Trục X nằm theo phương hướng kính đi từ trục chi tiết đến bàn kẹp dao chính „ Trên các máy không có trục chính công tác z Trục X chạy song song theo hướng gia công chính z Trục Y được xác định sau khi các trục X và Z đã được định nghĩa 8
49. Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Hệ trục toạ độ - Một số quy định chung - TC DIN 66217 z Các trục phụ „ Nếu ngoài các trục X, Y, Z còn có các trục điều khiển độc lập khác ta dùng kí hiệu U (// X), V (// Y) và W (// Z). „ Các trục song song khác (so với toạ độ chính) nhận các ký hiệu tiếp theo là P (// X), Q (// Y) và R (// Z). z Ngoài các trục tịnh tiến theo 3 trục toạ độ X, Y, Z thì trên máy điều khiển số còn có thể có các trục quay tương ứng với các trục của bàn hoặc ụ quay là các trục A, B, C. „ Nếu ta nhìn theo hướng dương của một trục thì chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ là chiều quay dương Quy ước dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống toạ độ còn chi tiết thì đứng yên 9
50. Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Các chuyển động của máy z Chuyển động thẳng của dụng cụ song song với trục hệ tọa độ gắn với máy được gọi là trục thẳng của máy z Chuyển động của dụng cụ quay xung quanh trục hệ tọa độ gắn với máy được gọi là trục quay của máy „ Qua những nghiên cứu cho thấy , chỉ cần tối đa 14 trục ( trục chuyển động ) để mô tả bất kỳ một máy CNC phức tạp nào . z 9 trục thẳng bao gồm : „ Ba trục thẳng thứ nhất : X,Y, Z „ Ba trục thẳng thứ hai : U (// X), V (// Y) , W (// Z) „ Ba trục thẳng thứ ba : P (// X) , Q (//Y) , R (// Z) z 5 trục quay bao gồm : „ Ba trục quay thứ nhất A, B, C. Đây là 3 trục quay xung quanh các trục thẳng X,Y ,Z „ Hai trục quay thứ hai D và E . Đặc trưng của hai trục quay này là quay song song với trục quay thứ nhất A hoặc B hoặc C hoặc một trục đặc biệt nào đó 10
51. Quy định toạ độ trên các máy „ Trên máy tiện z Trục chính mang chi tiết tròn xoay, dụng cụ cắt chuyển động tịnh tiến theo các hướng X và Z 11
52. Quy định toạ độ trên các máy „ Trên máy tiện z Trục Z chạy song song với trục chính của máy với quy ước chiều dương chạy từ chi tiết đến dụng cụ z Trục X chạy vuông góc với trục chính với quy ước chiều dương chạy từ tâm chi tiết đến tâm giá dao 12
53. Quy định toạ độ trên các máy „ Trên máy phay z Trục chính mang dụng cụ cắt quay, z Chuyển động chạy dao là các chuyển động tịnh tiến theo các trục X, Y và Z z Trục Z chạy song song với trục chính của máy, chiều dương hướng từ chi tiết tới dụng cụ cắt z Trục X, Y thường nằm trong mặt phẳng định vị n 13
54. Quy định toạ độ trên các máy „ Trên máy phay ngang „ Trên máy phay đứng z Chiều dương của trục X quy ước z Chiều dương của trục X quy ước chạy sang phải khi ta nhìn theo chạy sang phải khi ta đứng ngoài hướng từ trục chính đến chi tiết nhìn vào. gia công 14
55. Quy định toạ độ trên các máy „ Trên máy phay z Ngoài các trục toạ độ X, Y, Z còn có các trục toạ độ khác song song với chúng. z Các trục này được ký hiệu là „ U – song song với trục X „ V – song song với trục Y „ W – song song với trục Z Các trục toạ độ trên trung tâm gia công 15
56. Quy định toạ độ trên các máy „ Trục toạ độ trên một số máy công cụ Máy tiện 2 trục toạ độ Máy tiện ngang 2x2 trục toạ độ Máy tiện 3 trục toạ độ 16
57. Quy định toạ độ trên các máy „ Trục toạ độ trên một số máy công cụ Máy tiện đứng 2 trục toạ độ Máy tiện đứng 3x2 trục toạ độ 17