Giáo trình Điện công nghệp - Chương 1: Trang bị điện máy cắt kim loại

ố, quá trình 
gia công được thực hiện một cách tự động theo chương trình đã thiết kế 
trước. Chương trình được thiết kế bằng nhiều phương pháp khác nhau. Vídụ 
như các máy chép hình dùng để gia công các chi tiết có bề mặt không gian 
phức tạp (cánh tua bin, khuôn dập có cấu hình phức tạp), chương trình cho 
trước được thiết kế dưới dạng các vật mẫu. Quá trình gia công trên các máy 
chép hình thực chất là quá trình chép nguyên mẫu theo vật mẫu. Tuy nhiên, 
tính linh hoạt của các máy không cao. Muốn thay đổi loại chi tiết để gia 
công, phải thay đổi hình dáng, vị trí, số lượng và qui luật chuyển động của 
các bộ phận cam, vật mẫu, vị trí công tắc hành trình Như vậy việc chỉnh 
máy phức tạp, chế tạo vật mẫu mất nhiều thời gian. 
Để khắc phục những khuyết điểm trên của máy chép hình, trong các máy 
điều khiển theo chương trình số, chương trình đưa vào các thiết bị điều 
khiển số dùng các băng đục lỗ hoặc băng từ. Các băng đó thực hiện chức 
năng là một bộ mang chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh 
điều khiển. Hệ thống điều khiển số có khả năng thực hiện các lệnh đó và 
kiểm tra chúng như một hệ thống đo, sự dịch chuyển của các bàn trượt của 
máy. 
Như vây, điều khiển số (Numerical Control - NC) là một hình thức đặc biệt 
của tự động hoá mà cụ thể là các máy cắt gọt tự động được lập trình để thực 
hiện một loạt các hoạt động ở một chế độ được xác định trước nhằm tạo ra 
 17
một chi tiết có kích thước, hình dáng và các thông số công nghệ có thể dự 
đoán trước. 
Các máy cắt gọt kim loại điều khiển theo chương trình số gọi là máy NC 
hoặc các máy CNC (Computer Numerical Control). 
Một máy cắt gọt kim loại NC gồm hai bộ phận chính: Bộ điều khiển máy 
(The Machine Control Unit - MCU) và bản thân máy cắt gọt kim loại. Bộ 
MCU gồm hai thành phần: bộ xử lý dữ liệu (The Date Proccessing Unit - 
DPU) và bộ điều khiển lặp lại (Control Loops Unit – CLU). 
DPU có chức năng xử lý dữ liệu và mã hoá, những dữ liệu này được đọc từ 
bộ mang chương trình và phản ảnh các thông tin về: Vị trí của mỗi trục, 
chiều chuyển động, tỷ số tiến dao và các tín hiệu điều khiển các chức năng 
phụ tới CLU. 
CLU có chức năng điều khiển các cơ cấu chuyển động của máy. 
Sơ đồ khối của một máy cắt kim loại điều khiển số biểu diễn trên hình 1-11 
BV
GCT
BV
GM KĐ CH M
CB
Hình 1-11. Sơ đồ khối máy điều khiển chương trình số 
BV - bản đồ chi tiết gia công; GCT- khối chuẩn bị và ghi chương trình; CN - các thông 
số công nghệ; GM - bộ giải mã; KĐ - khối khuếch đại; CH - cơ cấu chấp hành; M - máy 
cắt gọt kim loại; CB - bộ cảm biến các tín hiệu phản hồi. 
Bộ ghi chương trình gồm hai khâu chính: 
Khâu chuẩn bị chương trình và khâu ghi chương trình đã được chuẩn bị 
vào bộ mang chương trình. Để thiết lập được chương trình, các dữ liệu cần 
có là: 
- Bản vẽ chi tiết gia công. 
Thông số công nghệ của chi tiết gia công gồm: kích thước, vật liệu, độ 
chính xác gia công. 
- Các loại dao cắt yêu cầu. 
- Các loại đồ gá. 
- Các thông số cắt gọt: chiều sâu cắt t, lượng ăn dao s, và tốc độ cắt v. 
2. Hệ thống điều khiển. 
Các hệ thống NC đầu tiên ra đời do sự cần thiết chế tạo các chi tiết của 
máy bay với số lượng không nhiều. Trong hệ thống NC, các thông số hình 
học của chi tiết và các lệnh điều khiển máy được đưa ra là dãy các con số. 
 18
 Hình 1-12 Sơ đồ khối điều khiển chức năng của hệ thống điều khiển NC
Sơ đồ khối chức năng hệ thống điều khiển NC gồm có các bộ phận chính 
sau: 
+ Nạp dữ liệu vào hệ thống gồm bàn phím và băng đục lỗ (hoặc băng từ). 
Toàn bộ các chỉ dẫn gia công được in vào băng đục lỗ (hoặc băng từ) dưới 
dạng các câu lệnh chương trình. 
+ Hệ thống điều khiển thực hiện chức năng xử lý dữ liệu và đưa ra dữ liệu. 
+ Bộ thích nghi là một mắt xích nối giữa máy NC vào hệ thống điều khiển 
 19
b) Hệ thống điều khiển CNC 
Hệ thống điều khiển NC có nhược điểm là kém linh hoạt. Muốn thay đổi 
chương trình phải làm lại băng đục lỗ hoặc thay băng từ khác. Hiện nay để 
khắc phục nhược điểm trên, dùng hệ thống điều khiển CNC, sơ đồ khối chức 
năng được biểu diễn trên hình 1-13 
Hình 1-13 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống điều khiển CNC
 20
+ Nạp dữ liệu vào hệ thống 
Trong hệ thống điều khiển CNC chương trình gia công có thể đưa vào 
trong hệ thống điều khiển thông qua bảng điều khiển có màn hình. 
+ Hệ thống điều khiển CNC 
Chương trình gia công đã đưa vào bây giờ có thể gọi ra bất cứ lúc nào từ 
bộ nhớ chương trình. Thay đổi, sửa chữa chương trình có thể thực hiện ngay 
trên máy. Các câu lệnh có thể bổ sung, thay thế. 
+ Bộ thích nghi. 
Bộ thích nghi trong các hệ điều khiển NC thông thường là một bộ chuyển 
đổi liên động. Trong hệ điều khiển CNC, bộ chuyển đổi liên động này được 
thay thế bằng một bộ điều khiển chương trình lưu giữ, bộ điều khiển này 
được nối với máy tính. 
1.4.2. Các dạng điều khiển 
Trên các máy cắt gọt kim loại điều khiển theo chương trình số, quãng 
đường đi của các dao cắt hoặc của các chi tiết đã được cho trước một cách 
chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương trình NC. 
Tuỳ theo dạng của các chuyển động giữa các điểm đầu và điểm cuối của 
quãng đường đi này , người ta chia làm ba dạng điều khiển: 
1. Điều khiển theo điểm 
Điều khiển theo điểm được ứng dụng khi gia công theo các toạ độ xác định 
đơn giản (như máy khoan – doa). Dao cắt sẽ thực hiện chạy nhanh đến các 
điểm đã được lập trình, trong hành trình này dao không cắt gọt vào kim loại, 
chi khi dao đến đúng toạ độ, quá trình cắt gọt mới được thực hiện theo lượng 
ăn dao đã được lập trình (hình 1-14) 
Hình 1-15. Điều khiển theo đường
Hình 1-14. Điều khiển theo điểm
 21
2. Điều khiển theo đường 
Điều khiên theo đường tạo ra các đường chạy song song với các trục của 
máy. Trong khi dao chạy đồng thời thực hiện cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt 
gia công (hình 1-15) 
3. Điều khiển theo đường viền 
Bằng điều khiển theo đường viền, phương pháp điều khiển này có thể tạo 
ra các đường viền hoặc đường thẳng tuỳ ý trong mặt phẳng hoặc trong 
không gian. Điều đó đạt được nhờ sự chuyển động đồng thời của các bàn 
trượt theo hai hoặc nhiều chiều và giữa các trục chuyển động đó có quan hệ 
hàm số (hình 1-16) 
 Hình 1-16 Điều khiển theo đường viền
a) Điều khiển đường viền 2D. Cho phép thực hiện một đường viền nào đó 
của dao cắt trong một mặt phẳng gia công X-Y. 
b) Điều khiển đường viền 1/2D. Cho phép thực hiện một đường viền nào 
đó của dao cắt trong một mặt phẳng gia công X-Y sang mặt phẳng Y-Z. 
c) Điều khiển đường viền 3D. Bằng điều khiển đường viền 3D, cho phép ta 
thực hiện được các chuyển động của dao cắt trong không gian ba kích thước 
X-Y-Z 
1.4.3 Lập trình gia công trên các máy NC và CNC 
1. Các định nghĩa 
a) Một chương trình được tạo nên bởi một chuỗi các lệnh khiến cho một 
máy tính hay một máy NC tiến hành công việc gia công xác định. Đối với 
một máy NC, công việc này là chế tạo một chi tiết cụ thể bằng chuyển động 
tương đối giữa dao cắt và chi tiết. 
b) Quá trình thiết lập các chuỗi lệnh cho các dao cắt từ bản vẽ chi tiết gia 
công, cùng với sự phát triển các lệnh chương trình cụ thể va sau đó chuyển 
tất cả các thông tin này sang bộ phận mang dữ liệu được mã hoá đặc biệt cho 
một hệ thống NC và có thể đọc nó một cách tự động được gọi là lập trình. 
 22
2. Nội dung của chương trình NC 
Nội dung của chương trình được cấu thành từ một số khối mô tả quá trình 
hoạt động của máy bằng các bước hoặc các câu lệnh. 
Trong mỗi khối có thể bao gồm các lệnh khác nhau, có các kiểu lệnh sau: 
- Các lệnh hình học điều khiển chuyển động tương đối giữa dao cắt và phôi 
là ABCXYZ. 
- Các lệnh công nghệ qui định tỷ số bước tiến (F), số vòng quay của trục 
chính (S) và các loại dao cắt (T). 
- Các lệnh chuyển dịch lựa chọn dao cắt (T), các lệnh phụ khác (M) v.v 
Hệ thống địa chỉ thường là một chữ cái qui định các giá trị bằng số và sau 
đó lưu giữ lại. Mỗi địa chỉ được xuất hiện trong một khối. 
3. Các bước lập chương trình 
Quá trình lập chương trình được thực hiện theo các bước sau: 
a) Chuẩn bị dữ liệu (thông tin về công nghệ) 
Để lập được chương trình cần có các dữ liệu về công nghệ như: kích thước 
và vật liệu chi tiết gia công, độ chính xác gia công, dao cắt, đồ góc, các 
thông số đặc trưng cho chế tạo cắt gọt. 
b) Mô tả toán học: Vẽ lại các bản vẽ chi tiết gia công, trên đó ghi đầy đủ 
các kích thước, đặc điểm công nghệ, đặc điểm điều khiển theo từng nguyên 
công. 
c) Mã hoá các dữ liệu: Các số liệu về chế độ gia công được biến đổi thành 
dạng mã hoá theo tiêu chuẩn. Để tiến hành mã hoá dữ liệu theo chương 
trình, cần nắm bắt các khái niệm sau: 
+ Tạo khuôn: là thiết lập các lệnh điều hành thuộc phần cứng trong đó 
thông tin điều hành đã được mã hoá. Số lượng các con số cần dùng phụ 
thuộc vào từng kiểu các hệ thống điều khiển số. 
+ Hệ thống địa chỉ: là những ký tự cho phép thống nhất với chức năng đảm 
bảo bởi hệ thống điều khiển số. Địa chỉ được ghi bằng chữ cái tiêu chuẩn 
như trong bảng 1.1. 
 23
Bảng 1.1 Bảng chữ cái tiêu chuẩn ghi hệ thống địa chỉ 
Ký 
hiệu 
Ý nghĩa 
A Chuyển động xoay xung quanh trục X 
B Chuyển động xoay xung quanh trục Y 
C Chuyển động xoay xung quanh trục Z 
D Bộ nhớ hiệu chỉnh dụng cụ cắt 
E Lượng chạy dao thứ hai 
F Lượng chạy dao 
G Điều kiện chuyển động 
H Có thể sử dụng tự do 
I Thông số nội suy song song với trục X 
J Thông số nội suy song song với trục Y 
K Thông số nội suy song song với trục Z 
L Có thể sử dụng tự do 
M Chức năng phụ 
N Số thứ tự câu lệnh 
O Có thể sử dụng tự do 
P Chuyển động thứ ba song song với trục X 
Q Chuyển động thứ ba song song với trục Y 
R Chuyển động thứ ba song song với trục Z hoặc chuyển động nhanh theo trục Z 
S Số vòng quay của trục chính 
T Dụng cụ cắt 
U Chuyển động thứ hai song song với trục X 
V Chuyển động thứ hai song song với trục Y 
W Chuyển động thứ hai song song với trục Z 
X Chuyển động theo hướng của trục X 
Y Chuyển động theo hướng của trục Y 
Z Chuyển động theo hướng của trục Z 
۩ ۩ ۩