C7 CAD-CAM> CNC 1 GVC NGUYỄN THẾ TRANH

CHƯƠNG 7

ĐIỀU KHIỂN SỐ
VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN SỐ

7.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ
7.1.1. Khái niệm điều khiển số (NC).

Điều khiển số (Numerical Control - NC) là hoạt động điều khiển trực tiếp
một hệ thống bởi dữ liệu số.

Điều khiển số trong gia công cắt gọt là một hình thức tự động hoá bằng lập
trình, trong đó máy công cụ được đ
iều khiển bởi chương trình bao gồm các chỉ thị
được mã hoá dưới dạng ký tự chữ, số và các ký tự đặc biệt khác, trong đó chỉ thị điều
khiển được chuyển đổi thành hai dạng tín hiệu:

- Tín hiệu xung điện: điều khiển tốc độ các động cơ truyền động tạo nên
chuyển động tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công.
- Tín hi
ệu đóng / ngắt (ON/OFF): thực hiện chức năng chuyển mạch, đổi
chiều quay trục chính; điều khiển các thiết bị phụ trợ như bôi trơn làm nguội,
chọn và thay dao; và các chức năng khác như dừng máy, kẹp phôi, nhả phôi,...

Theo phương thức truyền thông dữ liệu điều khiển, ta phân biệt 3 phương thức
điều khiển số:
1. Điều khiển s
ố trực tiếp (Direct Numerical Control - DNC)
Điều khiển trực tiếp máy công cụ điều khiển số (máy NC) từ bên ngoài bởi máy

máy tính chủ để thực hiện nhiệm vụ khác của hệ thống.
Với sự phát triển của khoa học máy tính, kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình
(Programmable Logic Control - PLC), kỹ thuật truyền thông, phương thức điều khiển
số phân phối ra đời trong đó mạng máy tính được sử dụng để phối hợp hoạt động của
nhiều máy CNC.
Ngoài chức năng truyền chương trình tới các máy CNC, phương thức này còn
có khả năng giám sát và điều khiểntoàn bộ hệ thống, như hiển thị thông tin về trạng
thái làm việc của hệ thống, xuất thông tin hay chỉ thị điều khiển, điều hành,... Hình 7.2- Điều khiển số phân phối
C7 CAD-CAM> CNC 3 GVC NGUYỄN THẾ TRANH

7.1.2. Điều khiển số bằng máy tính (CNC).
1. Cấu trúc hệ thống CNC.
Hệ thống CNC bao gồm 6 thành phần chính:
- Chương trình gia công (Part program)
- Thiết bị đọc chương trình (Program input device)
- Hệ điều khiển máy (MCU)
- Hệ thống truyền động (Drive system)
- Máy công cụ (Machine tool)
- Hệ thống phản hồi (Feedback system)

Chương trình gia công bao gồm các chỉ thị được mã hoá để điều khiển quá trình
gia công chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi các chỉ thị này thành tín hiệu điện kích hoạt
các chức năng hoạt động của máy.
Hệ điều khiển máy thực hiện chức năng đọc và biên dịch mã lệnh và sau đó
xuất các tín hiệu điện tương ứng truyền tới bộ
khuếch đại servo để điều hành có cấu
servo (động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực) của hệ thống truyền động. Thiết bị phản

a. Hiển thị chương trình và mô phỏng bằng đồ
hoạ quá trình gia công.
b. Nhập dữ liệu
c. Lưu trữ chương trình: ROM lưu trữ chương trình hệ thống, RAM lưu trữ
chương trình gia công.
d. Biên tập chương trình.
e. Kiểm tra chương trình: nhờ chức năng mô phỏng.
f. Chẩn đoán lỗi.
g. Tiện ích giao tiếp.
h. Quản lý dữ liệu.
i. Hệ toạ độ và hệ đơn vị.
j. Định dạng mã điều khiển: EIA và ASCII.
k. Kh
ả năng tính toán.
l. Bù trừ đường kính và chiều dài dao.
m. Nội suy hình học.
n. Chức năng lập trình: thực hiện được các phép biến đổi toạ độ.
o. Khả năng hậu xử lý.

3. Ưu điểm của CNC.
Ngày nay công nghệ CNC đã tạo nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật chế tạo
nhờ các ưu điểm chính sau đây:
a. Nâng cao năng suất.
b.
Độ chính xác và độ chính xác lặp lại cao.
c. Hạ giá thành sản xuất.
d. Giảm giá thành điều hành gián tiếp.

7.2. CHUYỂN ĐỘNG NỘI SUY.

1. Di chuyển theo PTP:

bởi chuỗi phần tử hình học cơ bản thuộc
3 nhóm:

* Đường cong bậc nhất (đoạn thẳng).
* Đường cong bậc hai (cung tròn,
êlip, paraboon, hyperboon).
* Đường cong bậc ba.

Trong điều khiển số, các di chuyển
cơ bản này được gọi là chuyển độ
ng nội
suy (interpolated motion).

Di chuyển theo biên dạng đòi hỏi hệ
điều khiển phải có khả năng điều khiển
phối hợp các động cơ truyền động, như
vậy mỗi trục truyền động yêu cầu có
mạch điều khiển định vị và mạch điều
khiển tốc độ riêng biệt.
Hình 7.4- Các chế độ dịch chuyển
trong chuyển động PTP
Hình 7.5 - Điều khiển 2,5 trục
Hình 7.7 - Điều khiển 5 trục
Hình 7.6 - Điều khiển 3 trục
C7 CAD-CAM> CNC 6 GVC NGUYỄN THẾ TRANH

4.2.2. Nội suy chuyển động.

khiển tốc độ trục y hoặc theo tỷ lệ 2:1. Tương tự, với điều khiển 3 trục, bộ nội suy tính
gia lượng di chuyển dx, dy và dz theo các trục tương ứng. Gia lượng dịch chuyển được
sử dụng như dữ liệu vào cho các mạch điều khiển định vị và tỷ lệ của chúng được sử
dụng để
điều khiển tốc độ.
Trên hình 10.9 ở mạch điều khiển vị trí:
dx = 4-1 = 3 ; dy = 4-2 = 2 ; dz = 9-3 = 6
và trên mạch điều khiển tốc độ: V
x
: V
y
: V
z
= dx : dy : dz = 3 : 2 : 6
Hình 7.8- Nội suy đường thẳng
điều khiển 2 trục
Hình 7.9- Nội suy đường thẳng
điều khiển 3 trục
C7 CAD-CAM> CNC 7 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
x
= dx/dt = -Rωsin(ωt) = -Vsin(ωt)
V
y
= dy/dt = Rωcos(ωt) = Vcos(ωt)
V = Rω là tốc độ dài ứng với lượng chạy dao theo cung tròn.

3. Nội suy đường xoắn.
Nội suy đường xoắn bao gồm nội suy cung tròn theo 2 trục và nội suy đường
thẳng theo trục thứ 3. Nội suy đường xoắn là phép nội suy trong không gian bởi vì cả 3
chuyển động đồng thời để tạo nên quĩ đạo chuyển động xoắn. Phép nội suy này thường
được sử dụng để gia công ren kích thướ
c lớn hay các trục xoắn.

4. Nội suy Parabôn.
Nội suy parabol sử dụng 3 điểm không thẳng hàng để xấp xỉ các đường cong tự
do. Phương pháp nội suy này cho phép điều khiển chuyển động theo quĩ đạo đường
cong phẳng hoặc đường cong 3 D. Sử dụng nội suy parabol để xấp xỉ các đoạn đường
Về lý thuyết, sử dụng nội
suy đường thẳng có thể lập trình
qu
ĩ đạo chuyển động cong bất kỳ
nhưng lượng dữ liệu cần xử lý
rất lớn. So với nội suy đường
thẳng, nội suy cung tròn,
parabôn, đường xoắn hoặc
đường cong bậc ba làm giảm
đáng kể lượng dữ liệu cần lập
trình cho cùng quĩ đạo chuyển
động.

5. Nội suy bậc 3.
Phương pháp nội suy này không chỉ có khả năng xấp xỉ đường cong mà còn có
khả năng kết nối trơn láng các đường cong kế cận. Chương trình nội suy bậc 3 rất
phức tạp, đòi hỏi khả năng xử lý cũng như yêu cầu về dung lượng bộ nhớ cao hơn các
Hình 7.13- Xấp xỉ mặt cong bởi nội suy đường thẳng
Hình 7.14 Hình 7.15
Hình 7.16- Nội suy Parabol
Hình 7.17- Xấp xỉ đường cong bậc cao
bởi cung Parabol