Bai giang May CNC và Robot cong nghiep.pdf

1

M¸y CNC

vµ

Robot c«ng nghiÖp

T¨ng Quèc Nam

Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

Giíi thiÖu vÒ m«n häc

1. Tªn m«n häc: M¸y ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè vµ robot c«ng

nghiÖp

2. Sè l−îng ®¬n vÞ häc tr×nh: 02 (30 tiÕt)

3. Môc tiªu cña m«n häc

* KiÕn thøc:

- Cñng cè c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ m¸y c¾t kim lo¹i ®iÒu khiÓn theo

ch−¬ng tr×nh sè

- HiÓu ®−îc cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè cho

m¸y c¾t kim lo¹i

- BiÕt ®−îc cÊu tróc, ®éng häc vµ øng dông cña robot c«ng nghiÖp

* Kü N¨ng: VËn dông ®−îc c¸c kiÕn thøc ®Ó cã thÓ tiÕp cËn ®−îc c«ng

nghÖ gia c«ng trªn m¸y CNC.

2

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

Giíi thiÖu vÒ m«n häc

Tµi liÖu häc tËp

[1]. NguyÔn Ngäc CÈn - M¸y ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè

[2]. NguyÔn Ngäc CÈn - §iÒu khiÓn tù ®éng - NXB khoa häc kü thuËt

[3]. T¹ Duy Liªm - M¸y ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè vµ robot

c«ng nghiÖp – Tr−êng §HBK Hµ Néi - 1996

[4]. T¹ Duy Liªm - HÖ thèng ®iÒu khiÓn sè cho m¸y c«ng cô - NXB

khoa häc & kü thuËt – 1999

[5]. NguyÔn ThiÖn Phóc - Ng−êi m¸y c«ng nghiÖp - Tr−êng §HBK Hµ

Néi – 1995

[6] Bài giảng

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

Ch−¬ng 1.

M¸y c¾t kim lo¹i

®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè

(M¸y CNC)

# 1.1 LÞch sö m¸y CNC vµ c¸c kh¸i niÖm liªn quan

# 1.2 §iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè

# 1.3 KÕt cÊu m¸y CNC

# 1.4 HiÖu qu¶ sö dông m¸y CNC

3

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

1.1. LÞch sö m¸y CNC vµ c¸c kh¸i niÖm liªn quan

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

Lµm thÕ nµo ®Ó gia c«ng c¸c chi tiÕt, khu«n mÉu phøc t¹p?

# Xa x−a

- §−îc chia thµnh c¸c phÇn ®¬n gi¶n h¬n ®Ó gia c«ng

- Sau khi gia c«ng xong, chóng míi ®−îc ghÐp l¹i víi nhau thµnh

chi tiÕt hoµn chØnh b»ng ph−¬ng ph¸p hµn, t¸n.

- C«ng nghÖ ®ã ®¾t vµ kh«ng ®¶m b¶o ®−îc ®é chÝnh x¸c vÒ kÝch

th−íc vµ h×nh häc mong muèn còng nh− sù ®ång ®Òu vÒ c¬ tÝnh vËt

liÖu.

# Sau nµy

- Dïng m¸y chÐp h×nh, ng−êi ta ®· chÕ t¹o ®−îc c¸c chi tiÕt phøc t¹p

h¬n.

- C«ng nghÖ gia c«ng trªn m¸y chÐp h×nh vÉn cßn nhiÒu nh−îc ®iÓm

• ®é chÝnh x¸c kh«ng cao (do qu¸n tÝnh cña hÖ thèng lín, do sai sè cña

mÉu,...),

• n¨ng suÊt thÊp (do ph¶i h¹n chÕ tèc ®é tr−ît cña ®Çu dß trªn mÉu),

• ®¾t vµ kÐm linh ho¹t (v× c¸c d−ìng mÉu lµ c¸c chi tiÕt c¬ khÝ chÝnh

x¸c, dïng vËt liÖu ®Æc biÖt nªn khã chÕ t¹o).

4

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

NC

# NC = Numerical Control

# ý t−ëng vÒ ®iÒu khiÓn sè (NC)

- Cã thÓ h×nh dung m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè lµ mét m¸y chÐp h×nh,

nh−ng c¸c d−ìng, mÉu, cam,... c¬ khÝ ®−îc thay b»ng ch−¬ng tr×nh

m¸y tÝnh.

- Ch−¬ng tr×nh kh«ng bÞ mßn nh− c¸c d−ìng mÉu, mang ®i mang l¹i

dÔ dµng.

- ViÖc so¹n th¶o, söa ®æi ch−¬ng tr×nh l¹i dÔ, nhanh vµ rÎ h¬n nhiÒu

so víi chÕ t¹o cam, d−ìng,...

# 3 nguyªn t¾c ®èi víi m¸y NC c«ng nghiÖp

- Sö dông m¸y tÝnh ®Ó tÝnh to¸n quü ®¹o ch¹y dao vµ l−u d÷ liÖu vµo

b×a ®ôc lç.

- Dïng thiÕt bÞ ®äc t¹i m¸y ®Ó tù ®éng ®äc d÷ liÖu tõ b×a ®ôc lç.

- HÖ thèng ®iÒu khiÓn cã nhiÖm vô xö lý vµ liªn tôc ®−a ra th«ng tin

®iÒu khiÓn c¸c ®éng c¬ ®−îc g¾n lªn trôc vÝt me.

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

LÞch sö ph¸t triÓn NC

# 1949:

- MÉu ®Çu tiªn cña m¸y NC do MIT (ViÖn c«ng nghÖ Massachusetts) thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o theo ®Æt hµng cña Kh«ng lùc Hoa kú, ®Ó s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt

phøc t¹p vµ chÝnh x¸c cña m¸y bay.

# 1952:

- chiÕc m¸y phay ®øng 3 trôc ®iÒu khiÓn sè cña h·ng Cincinnati Hydrotel

®−îc tr−ng bµy t¹i MIT.

# 1960’s:

- m¸y NC ®−îc s¶n xuÊt vµ sö dông trong c«ng nghiÖp. - c¸c bé ®iÒu khiÓn sè ®Çu tiªn dïng ®Ìn ®iÖn tö nªn tèc ®é xö lý chËm, cång kÒnh vµ tiªu tèn nhiÒu n¨ng l−îng.

- ch−¬ng tr×nh ®−îc chøa trong c¸c b¨ng vµ b×a ®ôc lç, khã hiÓu vµ kh«ng

söa ch÷a ®−îc.

- Giao tiÕp ng−êi - m¸y rÊt khã kh¨n v× kh«ng cã mµn h×nh, bµn phÝm.

# 1970’s:

- c¸c linh kiÖn b¸n dÉn ®−îc sö dông phæ biÕn trong c«ng nghiÖp

- m¸y NC gän h¬n, tèc ®é xö lý cao h¬n, tiªu tèn Ýt n¨ng l−îng h¬n,... - c¸c b¨ng ®ôc lç sau nµy ®−îc thay b»ng b¨ng hoÆc ®Üa tõ,... - tÝnh n¨ng sö dông cña c¸c m¸y NC vÉn ch−a ®−îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ, cho ®Õn khi m¸y tÝnh ®−îc øng dông.

5

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

CNC

# CNC = Computer Numerical Control

# §Çu 1970’s, m¸y CNC ra ®êi:

- C¸c bé ®iÒu khiÓn sè trªn m¸y c«ng cô ®−îc tÝch hîp m¸y tÝnh vµ thuËt

ng÷ CNC ra ®êi.

# M¸y CNC −u viÖt h¬n m¸y NC th«ng th−êng vÒ nhiÒu mÆt

- tèc ®é xö lý cao, kÕt cÊu gän,...

- −u ®iÓm quan träng nhÊt cña chóng lµ ë tÝnh n¨ng sö dông, giao diÖn víi

ng−êi dïng vµ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi kh¸c.

# C¸c m¸y CNC ngµy nay

- cã mµn h×nh, bµn phÝm vµ nhiÒu thiÕt bÞ kh¸c ®Ó trao ®æi th«ng tin víi

ng−êi dïng.

- nhê mµn h×nh, ng−êi dïng ®−îc th«ng b¸o th−êng xuyªn vÒ t×nh tr¹ng cña

m¸y, c¶nh b¸o b¸o lçi vµ nguy hiÓm cã thÓ x¶y ra, cã thÓ m« pháng ®Ó

kiÓm tra tr−íc qu¸ tr×nh gia c«ng,...

- cã thÓ lµm viÖc ®ång bé víi c¸c thiÕt bÞ s¶n xuÊt kh¸c nh− robot, b¨ng t¶i,

thiÕt bÞ ®o,... trong hÖ thèng s¶n xuÊt.

- cã thÓ trao ®æi th«ng tin trong m¹ng m¸y tÝnh c¸c lo¹i, tõ m¹ng côc bé

(LAN) ®Õn m¹ng diÖn réng (WAN) vµ Internet.

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

CNC vµ CAD/CAM

# CAD (Computer Aided Design) - "thiÕt kÕ cã trî gióp cña m¸y tÝnh“

- lµ mét lÜnh vùc øng dông cña CNTT vµo thiÕt kÕ.

- trî gióp cho c¸c nhµ thiÕt kÕ trong viÖc m« h×nh ho¸, lËp vµ xuÊt

c¸c tµi liÖu thiÕt kÕ dùa trªn kü thuËt ®å ho¹.

# CAM (Computer Aided Manufacturing) - "s¶n xuÊt cã trî gióp cña

m¸y tÝnh“

- xuÊt hiÖn do nhu cÇu lËp tr×nh cho c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè (m¸y

CNC, robot, thiÕt bÞ vËn chuyÓn, kho tµng, kiÓm tra) vµ ®iÒu khiÓn

chóng.

# CAD/CAM

- vèn xuÊt hiÖn ®éc lËp víi nhau, nh−ng ngµy cµng xÝch l¹i gÇn nhau.

- lµ thuËt ng÷ ghÐp, dïng ®Ó chØ mét m«i tr−êng thiÕt kÕ - s¶n xuÊt

víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh.

# Sù ph¸t triÓn cña m¸y CNC vµ c«ng nghÖ gia c«ng trªn m¸y CNC

liªn quan ®Õn:

- kü thuËt ®iÒu khiÓn tù ®éng,

- kü thuËt thiÕt kÕ vµ s¶n xuÊt cã trî gióp cña m¸y tÝnh (CAD/CAM).

6

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

CNC vµ FMS/CIM

# FMS

- Mét hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng, cã kh¶ n¨ng tù thÝch øng víi sù

thay ®æi ®èi t−îng s¶n xuÊt ®−îc gäi lµ hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t

(Flexible Manufacturing System - FMS).

- FMS gåm m¸y c¸c CNC, robot, c¸c thiÕt bÞ vËn chuyÓn, thiÕt bÞ

kiÓm tra, ®o l−êng,... lµm viÖc d−íi sù ®iÒu khiÓn cña mét m¹ng

m¸y tÝnh.

# CIM

- Sù tÝch hîp mäi hÖ thèng thiÕt bÞ s¶n xuÊt vµ tÝch hîp mäi qu¸ tr×nh

thiÕt kÕ - s¶n xuÊt - qu¶n trÞ kinh doanh nhê m¹ng m¸y tÝnh víi c¸c

phÇn mÒm trî gióp c«ng t¸c thiÕt kÕ vµ c«ng nghÖ, kinh doanh,...

t¹o nªn hÖ thèng s¶n xuÊt tÝch hîp nhê m¸y tÝnh (Computer

Integrated Manufacturing - CIM).

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

LÞch sö ph¸t triÓn cña CNC

7

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

1.2. §iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè

1.2.1 Nguyªn t¾c cÊu tróc

1.2.2 C¸c d¹ng ®iÒu khiÓn

1. §iÒu khiÓn theo ®iÓm

2. §iÒu khiÓn theo ®−êng

3. §iÒu khiÓn theo phi tuyÕn (contour)

1.2.3 VËt mang tin vµ cèt m· ho¸

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

1.2.1 Nguyªn t¾c cÊu tróc

# S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè

8

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

# Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn CNC:

Bé ®iÒu khiÓn trung t©m (MCU

Machine Control Unit) ®¶m

nhiÖm viÖc ®iÒu khiÓn toµn

bé ho¹t ®éng cña hÖ thèng.

# NhiÖm vô cña MCU:

- §äc, gi¶i m· c¸c lÖnh trong ch−¬ng tr×nh NC,

- Läc vµ xö lý c¸c th«ng tin h×nh häc vµ th«ng tin c«ng nghÖ, tÝnh

to¸n c¸c th«ng sè ®iÒu khiÓn,

- XuÊt c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho c¸c c¬ cÊu t−¬ng øng: trôc chÝnh,

ch¹y dao, thay dao vµ c¸c thiÕt bÞ phô trî kh¸c;

- Gi¸m s¸t qu¸ tr×nh ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu c«ng nghÖ vµ sù an toµn cña

thiÕt bÞ. Chøc n¨ng gi¸m s¸t vµ mét phÇn chøc n¨ng ®iÒu khiÓn

th−êng ®−îc thùc hiÖn th«ng qua PLC.

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

# NhËp d÷ liÖu vµo bé nhí cña m¸y:

- bµn phÝm

- c¸c ph−¬ng tiÖn ®äc kh¸c, nh−: ®äc ®Üa, ®äc b¨ng.

- trao ®æi d÷ liÖu víi c¸c thiÕt bÞ l−u tr÷ bªn ngoµi

qua giao diÖn truyÒn th«ng chuÈn, nh− RS 232, RS

485.

9

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

- TÝnh to¸n c«ng nghÖ (2): C¸c th«ng tin c«ng nghÖ, nh− chän dao,

chiÒu vµ tèc ®é quay trôc chÝnh, t−íi dung dÞch hoÆc dõng,... ®−îc

chuyÓn tíi hÖ thèng t−¬ng øng th«ng qua bé hiÖu chØnh (4), th−êng

lµ PLC.

- TÝnh to¸n h×nh häc (3): Th«ng tin h×nh häc cña ®−êng ch¹y dao

(d¹ng, h−íng, tèc ®é) ®−îc ph©n tÝch thµnh chuyÓn ®éng ®éc lËp

cña c¸c trôc. Bé phËn thùc hiÖn viÖc ®ã gäi lµ bé néi suy (3).

# Xö lý d÷ liÖu:

- Do bé xö lý trung t©m

(CPU) thùc hiÖn.

- Trªn c¬ së c¸c d÷ liÖu

trong ch−¬ng tr×nh, CPU

tÝnh to¸n c¸c th«ng sè

®iÒu khiÓn hÖ thèng.

T.Q. Nam. Bµi gi¶ng M¸y CNC vµ RBCN

# §iÒu khiÓn trôc (®iÒu khiÓn vÞ trÝ)

- LÖnh ch¹y dao tõ bé néi suy ®−îc ®−a ®Õn m¹ch ®iÒu khiÓn

vÞ trÝ (Position Control Loop)

- gåm c¸c bé ®iÒu khiÓn ®éng c¬, ®éng c¬, thiÕt bÞ ®o vÞ trÝ,

m¹ch ph¶n håi vÞ trÝ.