Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
LờI Mở ĐầU
Nền công nghiệp của Việt Nam đang trên đà phát triển rất mạnh mẽ, các sản phẩm
được chế tạo từ kim loại tấm chiếm thị phần ngày càng lớn trong các loại sản phẩm cơ
khí. Chất lượng và năng xuất chế tạo các loại sản phẩm này phụ thuộc rất nhiều vào việc
gia công tôn tấm ban đầu như khai triển đúng biên dạng, mạch cắt phẳng và không phải
làm sạch sau khi cắt. Việc trang bị các máy cắt tôn cỡ lớn có khả năng tự động cắt được
các đường cong phức tạp với năng xuất và chất lượng cao đã trở thành nhu cầu cần thiết
của các cơ sở muốn tăng sản lượng và chất lượng sản phẩm. Đặc biệt máy công cụ không
thể thiếu trong vai trò nâng cao “Năng lực nhà thầu” để giúp cho cơ sở có điều kiện tham
gia các gói thầu lớn có liên quan đến việc gia công kim loại tấm.
Víi tầm quan trọng như vậy thì việc thiết kế, nghiên cứu, trang bị điện cho máy cắt
tôn tấm cần phải được đẩy mạnh và càng ngày mức độ tự động hoá của chúng càng phải
được nâng cao, để tăng năng xuất chất lượng sản phẩm. Là sinh viên năm cuối chuyên
nghành tự động hoá khoa điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội, em thấy mình cần phải
nghiên cứu, phát triển tự động hoá cho các máy công cụ nói chung và máy cắt kim loại
nói riêng và vì thế em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, trang bị điện cho máy cắt kim loại
tấm, cắt bằng Gas – Plasma sử dụng bộ điều khiển Anilam - cnc của Mỹ”.
Em kính mong nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô để hoàn thành tốt đồ
án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn!
Nội dung của bản đồ án này gồm có 4 chương chính, mục lục như sau:
CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT VỀ MÁY CẮT KIM LOẠI TẤM
♣
1.1. Quá trình phát triển của máy cắt kim loại
tấm 2
1.1.1. các phương pháp cắt bằng
nhiệt 2
1.1.2. Phân
loại 2
1.1.3. Nguyên tắc và ứng

2.2.1. Cấu trúc phần
cứng 23
2.2.2. Phần mềm điều khiển 25
♣
2.3. Lựa chọn hệ điều khiển cho máy cắt gọt kim
loại 25
2.3.1. Những yêu cầu đối với hệ điều khiển CNC cho máy cắt kim loại tấm 25
2.3.2 Phân tích, so sánh các bộ điều
khiển 27
♣
2.4. Bộ điều khiển CNC Anilam 3000MK dùng cho máy cắt kim loại
tấm 31
2.4.1. Đặc tính kỹ thuật của bộ điều khiển 31
2.4.2 Cấu trúc phần cứng của bộ điều khiển CNC Anilam 31
Chương III: Máy cắt kim loại tấm CP66150 CNC
♣
3.1. Các thông số kỹ thuật và công nghệ của
máy 39
3.1.1. đặc điểm cấu tạo và các thông số chính của
máy 39
3.1.2. Công nghệ cắt bằng Gas và Plasma của
máy 40
♣
3.2. Truyền dẫn và động cơ
điện 42
♣
3.3. Các sơ đồ điều khiển hoạt động của máy CP66150 CNC 43
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
2
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động

Theo TL1 để cắt kim loại hoặc các vật liệu phi kim loại có hai phương pháp:
phương pháp thứ nhất sử dụng nhiệt năng.
Phương pháp thứ hai sử dụng cơ năng.
Các phương pháp cắt bằng nhiệt được phân loại theo nhiệt năng sử dụng.
1.1.2. Phân loại
Cắt bằng nhiệt của quá trình ôxy hoá:
Cắt bằng gas, axetylen;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
3
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Cắt bằng bột;
Cắt bằng nhiệt nhôm;
Cắt bằng hồ quang điện;
Cắt bằng hồ quang các bon;
Cắt bằng hồ quang MIG( hoặc SMA);
Cắt bằng hồ quang nén (Plasma);
Cắt bằng năng lượng tia, Cắt laze;

Hình 1.1 minh hoạ các phương pháp cắt bằng nhiệt thường được sử dụng
1.1.3. Nguyên tắc và ứng dụng
1. Cắt bằng nhiệt của quá trình ôxy hoá
a. Cắt bằng Gas
Nhiệt năng toả ra khi một loại khí cháy (axêtylen, khí hoá lỏng, propan, metal )
phản ứng với ôxy dùng để nung nóng kim loại đến nhiệt độ cháy của chúng trong ôxy.
Quá trình cắt được thực hiện do phản ứng cháy giữa kim loại với ôxy và lực thổi của
luồng ôxy cắt thổi xỉ cắt ra khỏi mồi cắt.
Phương pháp này chỉ ứng dụng cho các kim loại có nhiệt cháy trong ôxy nhỏ hơn
nhiệt độ chảy, vì vậy chỉ để cắt sắt và thép các bon, thép hợp kim thấp.
ưu điểm:

Phương pháp này chủ yếu để cắt bê tông, cắt dưới nước.
Ưu điểm:
Cắt được mọi vật liệu;
Thiết bị đơn giản;
Nhược điểm :
Giá thành điện cực cao
Chất lượng vết cắt không cao.
2. Cắt bằng hồ quang điện
a. Cắt bằng hồ quang than
Hồ quang giữa điện cực bằng than và kim loại cần cắt đủ để nung chảy kim loại,
sau đó luồng khí nén bị khí nén thổi ra khỏi vết cắt.
phương pháp này chủ yếu để móc rãnh, sửa mối hàn và phần đáy mối hàn khi hàn
tự động.
b. Cắt bằng hồ quang MIG (hoặc SMA)
Hồ quang được tạo ra giữa một điện cực (que hàn, dây cắt) và vật cần cắt.
Phương pháp này gần giống như phương pháp trên, và chỉ ứng dụng để cắt các vật
mỏng, cắt kim loại dưới nước.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
5
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
c. Cắt bằng Plasma
Plasma thường được hiểu là trạng thái thứ 4 của vật chất(rắn, lỏng, khí, Plasma).
Trong công nghiệp plasma thường được dùng là hồ quang lạnh ở phần ngoài thì chúng bị
nén lại, và nhiệt độ của luồng hồ quang tăng đến nhiệt độ rất cao (20.000
0c
÷30.000
0c
) đủ
làm nóng chảy và bay hơi tất cả các loại vật liệu.

Chế tạo các nguồn Plasma lớn, đơn giản và hiệu quả( nguồn cộng hưởng L-C:
Triristor Inverter).
Chế tạo các loại điện cực có độ bền cao;
Sử dụng các loại khí rẻ tiền làm plasma.
Cải tiến mỏ plasma để đảm bảo vết cắt phẳng khi cắt tôn dày.
♣
1.2. Các loại hình máy cắt kim loại tấm
Trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo máy, chế tạo kết cấu, việc tạo chi tiết phôi từ
các tấm kim loại là vô cùng quan trọng, nó quyết định đến độ chính xác, năng xuất, kiểu
dáng của từng sản phẩm, từng công trình.
Có rất nhiều phương pháp để tạo ra các chi tiết dạng tấm :
Phương pháp phổ biến nhất hiện nay là phương pháp cắt kim loại tấm bằng nhiệt
như: cắt bằng Gas, cắt Plasma,cắt lazer, cắt bằng nhiệt Al. Trên cơ sở những phương
pháp đó người ta đã tạo ra các loại hình máy cắt khác nhau để cắt các loại biên dạng chi
tiết tấm như:
1.kiểu cắt thủ công:
Ưu điểm : đơn giản, dễ sử dụng, dễ thao tác và cho phép cắt được các biên dạng
theo yêu cầu.
Nhược điểm: Độ chính xác thấp, chất lượng vết cắt không cao, phụ thuộc vào tay
nghề của công nhân.Tốn nhiều thời gian cho nguyên công lấy dấu khi cắt các biên dạng
phức tạp, khó khăn khi điều chỉnh mỏ cắt theo đường đã lấy dấu,năng suất thấp. Chỉ dùng
trong sản xuất đơn chiếc.
Để khắc phục những nhược điểm trên người ta đã chế tạo ra các loại máy cắt bằng
nhiệt kiểu: con rùa
2. Máy cắt kiểu Con rùa. Đây là loại máy rất phổ biến hiện nay. Nó rất đơn giản,
dễ sử dụng. Thường được trang bị 2 mỏ cắt gas, giá thành thấp.
Nhược điểm: chỉ cắt được đường thẳng, thích hợp trong sản xuất nhỏ.
3. Máy cắt chép hình cơ khí; Máy có cấu tạo phức tạp do có cơ cấu đồng dạng,
ngoài ra cần có mẫu cắt nên không linh hoạt, thích hợp sản xuất nhỏ. Rất Ýt sử dụng .
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46

HEIDENHAIN(Đức); ANILAM (Mỹ); FANUC (Nhật bản); FAGO(Tây ban nha) v.v.
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
8


Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Ưu điểm của thế hệ máy này là: biên dạng chi tiết cắt được lập trình mềm nên rất
linh hoạt trong sản xuất. Nó phù hợp với mọi loại hình sản xuất, từ sản xuất đơn chiếc,
sản xuất loạt nhỏ, đến sản xuất loạt lớn.
Độ chính xác theo yêu cầu cao ;
Thay đổi biên dạng chi tiết cắt linh hoạt,dễ dàng;
Dễ dàng tạo ra được ngân hàng dữ liệu các chi tiết cắt;
Dễ dàng xắp xếp hình tối ưu, tiết kiệm được vật liệu;
Dễ cơ khí hoá, tự động hoá.
Chất lượng vết cắt và năng suất cao, không phụ thuộc tay nghề.
Nhược điểm:Đòi hỏi có đội ngũ cán bộ kỹ thuật cao,cập nhật thường xuyên với
những thay đổi của công nghệ tin hoc.
Giá thành cao; Khó áp dụng cho quy mô sản xuất nhỏ.
♣
1.3. kết cấu cơ khí của máy cắt kim loại tấm
1.3.1. Lựa chọn kết cấu cho máy cắt kim loại tấm
1.3.1.1 Phân loại theo kết cấu của máy cắt kim loại tấm
a. Máy cắt có kết cấu dạng conxon
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
9
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Thường là máy kiểu chép hình cơ hay quang, có bề rộng cắt nhỏ hơn 1,5 m đầu cắt được
bố trí trên phần con xon của xà nên bị rung động trong quá trình cắt.

Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
11
(!"#$ &&&

Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
1.3.2. Lựa chọn kết cấu cơ khí cho máy cắt loại CP66150 CNC
Đặc điểm cơ bản của máy cắt CP66150 CNC là:
Chiều rộng cắt lớn nhất 6000 mm
Chiều dài cắt lớn nhất 15000 mm
Khoảng cách tâm đường ray 6000 mm
Trên cơ sở những phân tích đã nêu ở trên đề ra kết cấu cụ thể cho máy cắt loại CP
66150 như sau:
Máy được cấu tạo dạng khung kín đảm bảo chuyển động chắc chắn theo phương
án 2, là phương án không có trục truyền có gắn 2 bên là hai động cơ đồng tốc, dạng chủ
động và bị động (Master – Slaver) Có 4 đầu cắt, trong đó 3 đầu cắt gas và một đầu
plasma, đầu cắt có thể lên xuống được bằng tay vặn hoặc bằng động cơ lên xuống trục Z.
Khung máy có dạng hình chữ nhật tiết diện 300x800 được hàn bằng thép chữ U đảm bảo
chống uốn và xoắn tốt giảm tối đa sự rung trong khi cắt.
Các bi lăn trên đường ray là loại bi đỡ lòng cầu 2 dây đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa
vòng lăn của con lăn và bề mặt ray tạo nên quá trình lăn êm, nhẹ và chính xác. Máy có ca
bin điều khiển thuận lợi cho người sử dụng, khi cắt bằng gas sử dụng hệ thống điều khiển
chiều cao tự động điều chỉnh khoảng cách mỏ cắt đến phôi không thay đổi một cách
tương đối và khi cắt plasma đảm bảo chiều dài tia lửa hồ quang luôn không đổi trong quá
trình cắt chuyển động êm ái đồng nhất.
♣
1.4. Quá trình phát triển máy cắt CNC tại viện máy IMI
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trong nước đối với ngành công nghiệp khác nhau
như: Đóng mới và sửa chữa các con tàu cỡ lớn trong các nhà máy đóng tàu; Sản xuất các
khung nhà kết cấu thép; kết cấu dầm cầu; chế tạo toa xe,nồi hơi,v.v Viện máy và Dụng cụ

Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Model CP31120 sử dụng bộ điều khiển ANILAM 3300 MK (USA)

Hình1. 9: Máy CP 31120 CNC được sử dụng tại Nhà máy Đóng tàu Sông Cấm- Hải
Phòng
Các thông số kỹ thuật
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
14
   
   
   
    ±!
 "#$"%  ±!
 &'()*  +,-.
 /)0"*  1,-
 12 3&4567/7175
 89:;<  =&>
 ?'"@AB  ?
 ?'"@$(;C?
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Model CP66150 – CNC sử dụng bộ điều khiển ANILAM 3300MK (USA)
Hình 1.10. Máy cắt CP66150 CNC sử dụng bộ điêu khiển ANILAM3300MK
Thông số kỹ thuật.
1.Chiều rộng cắt : 6 000 mm
2.Chiều dài cắt : 15 000 mm
3.Độ chính xác : 0,2 mm
4.Số mỏ cắt gas : 03
5.Số mỏ cắt Plasma : 01

9.Tốc độ chạy nhanh (RAPID)
-Theo phương X: 8000mm/ph.
-Theo phương Y : 5000mm/ph ;
10,Tốc độ cắt (FEED) : 0-4000mm/ph;
11.Độ chính xác định vị : 0.05mm;
12.Độ chính xác vị trí : 0.5mm/10m;
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
16
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC CHO MÁY CẮT
♣
2.1. Giới thiệu máy điều khiển chương trình số
2.1.1. Khái niệm
ở các máy vạn năng, máy chuyên dùng, việc gia công chi tiết mang tính chất đơn
chiếc hoặc sản xuất nhỏ. Thời gian phô trong quá trình gia công chiếm 60  80% thời
gian làm việc của máy. ở các máy tự động, nhờ các công tắc hành trình, cam định hình
mà các chuyển động của dao, chi tiết hoặc các bước chuyển đổi được thực hiện tự động
nên thời gian phụ được rút ngắn khá nhiều. ở các máy chép hình, việc gia công được tự
động hoá nhờ vật mẫu. Tuy nhiên, tính linh hoạt ở các máy này rất kém. Muốn thay đổi
loại chi tiết gia công, phải thay đổi hình thù, kích thước, vị trí, số lượng và quy luật
chuyển động của các bộ phận cam mẫu, vị trí công tắc hành trình Như vậy việc chỉnh
máy phức tạp, chế tạo vật mẫu mất nhiều thời gian.
Các máy điều khiển chương trình số (máy ĐKCTS) được dùng trong sản xuất
hàng loạt, thời gian phụ giảm khá nhiều, năng suất cao hơn và độ chính xác cao hơn máy
vạn năng.
Máy điều khiển chương trình (ĐKCT) về bản chất là các máy tự động, trong máy
đã có các chương trình chuyển động của các bộ phận máy. Ví dụ : Máy tiện tự động chép
hình

16
13
14
11
10
11
10
Vµo
8 9
5 6 7
1 2 3
15
Ra
17
4
*8-9:2;#/+#<'43=*
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
• 14 : Thiết bị gá dao (ngăn hàng dao).
• 15 : Chi tiết được gia công.
• 16 : Máy đo phôi.
• 17 : Máy đo chi tiết.
Tùy thuộc vào luật điều khiển truyền động ăn dao, người ta phân hệ thống
ĐKCTS thành 2 dạng : điều khiển theo vị trí và đường vòng. Hệ thống ĐKCTS điều
khiển vị trí và thực hiện thực hiện di chuyển cơ cấu làm việc theo các toạ độ được đặt bởi
chương trình. Máy không gia công khi dao di chuyển. Đặc điểm của hệ thống điều khiển
vị trí là đảm bảo dừng chính xác cơ cấu ụ dao ở các tọa độ xác định, không cần xác định
dạng quỹ đạo chuyển động từ tọa độ này đến tọa độ khác, nhưng thời gian di chuyển phải
ngắn nhất. Hệ thống điều khiển vị trí thường được sử dụng trong các máy khoan - doa
ĐKCTS.

EP

$NO
?'$'
@$
?'O
?':M
Q
1
RA
?'
:;L
RA
*8-9>?@A'43=*
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Hình 2.2 là sơ đồ chức năng của một máy điều khiển chương trình số, gồm có các khối
sau :
• Khối vào thông tin : Khối này có nhiệm vụ đọc các thông tin trên băng, bìa đục lỗ
lần lượt theo hàng và biến thành tín hiệu điện. Các thiết bị đọc thông tin có thể là
thiết bị quang, điện, tiếp xúc điện (ngày nay là các thiết bị ngoại vi như bàn phím,
chuột…).
• Khối nhớ thông tin : Đảm bảo sử dụng đồng thời thông tin trong giới hạn một tấm
card. Ngoài ra nó còn có chức năng kiểm tra, tạo tín hiệu dò tìm sai sót trong băng,
bìa đục lỗ (khối nhớ thông tin có thể là Ram, ổ cứng ).
• Bàn điều khiển và chỉ thị : Dùng để liên hệ giữa người vận hành và máy. Nhờ bàn
điều khiển, có thể khởi động và dừng hệ thống, lựa chọn chế độ làm việc, hiệu
chỉnh tốc độ ăn dao, kích thước dao, thay đổi vị trí ban đầu của dao. Trên bàn điều
khiển cũng có tín hiệu về các trạng thái làm việc của máy, hành trình làm việc, sự
sai sót trong chương trình, kết thúc chương trình.

của hệ. Trong quá trình làm việc, hệ thống tùy động sẽ đảm bảo di chuyển đối
tương điều khiển sao cho sai lệch là nhỏ nhất. Nếu sai lệch đó do nguyên nhân nào
đó vượt quá trị số cho phép thì hệ thống điều khiển chương trình số sẽ tự động
ngắt nhờ thiết bị bảo vệ.
2.1.3. Nguyên lý làm việc của một máy điều khiển chương trình số đơn giản
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
21
®x
89MS
ay
ay
baqx
®y
k®
csx
F
ssx
k®
csx
1T
1T  EU
ssy
baqy
d
d
89MV
néi
suy
khèi
nhí

∆
X
v
∆
XA
δ
x
B +
∆
t
M
x
δ
x
∆
t
M
∆
X
Y
X0
a
b
c
 *8-9<DE!$$2/FC8GG6
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghành Tự Động
Hoá
Xét trường hợp di chuyển theo một đoạn thẳng L với tốc độ ăn dao tổng v không đổi trên
hình 1.4a. Để tính toán cho những điểm trung gian, tìm quan hệ giữa các thông số và thời
gian thực dưới dạng phương trình đường thẳng.




∆
∆
≈=
∆
∆
≈=
t
y
dt
dy
v
t
x
dt
dx
v
y
x
Với ∆x, ∆y là các gia sè di chuyÓn trong mỗi chu kì ∆t.
Các tốc độ thành phần được xác định theo công thức :








vtv
y
yy
x
xx
phép cộng trong công thức (1-1) được thực hiện bởi bộ tích phân số. Nó gồm hai bé ghi
và một bộ cộng (sơ đồ hình 1.4b). Theo sơ đồ 1.4b, trong bé ghi A ghi lại các giá trị ∆x.
ứng với một xung ∆t thì gia số lại được cộng vào bộ cộng B và kết quả được ghi vào bộ
ghi C. Nếu tổng này vượt quá dung lượng của bộ ghi C thì 1 xung được phát ra ứng với
một lượng di chuyển của máy ∆x
M
. Các gia sè trong bé ghi A có thể biến đổi ở mỗi nhịp
tính một lượng δx. Giá trị x
0
được đặt trước trong bé ghi
b. Nội suy vòng theo phương pháp DDA
Sinh Viên Thực Hiện: Vũ Văn Hải Lớp TĐH1- 46
23
(1-1)
(1-2)
(1-3)
(1-4)

V
S
5
V
S
ϕ
6

R
R
v
v
dt
dy
v
y
R
v
R
R
v
v
dt
dx
v
y
x
ϕϕ
ϕϕ
coscos
sinsin








(1-6)
(1-7)
∆
t
x
∆
X
M
∆
y
y
M
X=
Σ∆
X
M
y=
Σ∆
y
M
JK$$2/LI#'MN
+SWV.

+SWV.
+SWV.
+SWV.
+SWV.
+SWV.
+SWV.
>+S:WV:.

k
, y
k
). Độ lớn và dấu hàm đánh giá được tính bằng bộ nội suy.
Trong trường hợp chung, độ lớn hàm đánh giá khi di chuyển theo trục x từ điểm có tọa
độ (x
i
, y
i
) đến điểm (x
i+1
, y
i
) được xác định theo biều thức :
kijkikikikiji
yFyxxyyxxyF
−=+−=−=
++
)1(
1)1(
Tương tự như vậy giá trị hàm đánh giá khi di chuyển theo trục y từ điểm (x
i
, y
i
) đến điểm
(x
i
, y
i+1
) được tính theo biểu thức :