1. 1
1
T
TỔ
ỔNG QUAN V
NG QUAN VỀ
Ề ĐI
ĐIỀ
ỀU KHI
U KHIỂ
ỂN S
N SỐ
Ố
Ths.Phùng Xuân Lan
Bộ môn CNCTM
Khoa Cơ Khí
2. 2
2
N
Nộ
ội dung c
i dung củ
ủa b
a bà
ài gi
i giả
ảng
ng
„ Bản chất của điều khiển số
„ Bước phát triển của điều khiển số
„ Tính năng và ứng dụng của điều khiển số so với điều khiển
thông thường
„ Các hệ thống điều khiển số
3. 3
3
B
Bả
ản ch
n chấ
ất c
t củ
ủa đi
a điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Điều khiển số
z “Điều khiển số (Numerical Control) là một quá trình tự động điều
khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu số được mã hoá
đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ
thống”
z Máy hiểu theo nghĩa rộng bao gồm: các máy cắt kim loại, robot,
băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công…
z Dữ liệu số được mã hoá bao gồm: các chữ số, số thập phân, các
chữ cái và một số các ký tự đặc biệt.
z Các chữ số và ký tự đó đại diện cho các đặc tính gia công như kích
thước của chi tiết, các dụng cụ được yêu cầu, dung dich trơn nguội,
tốc độ vòng quay trục chính, tốc độ chạy dao và được tổ hợp thành
câu lệnh
4. 4
4
B
Bả
ản ch
n chấ
ất c
t củ
ủa đi
a điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Điều khiển số
z Dữ liệu đầu vào bao gồm:
„
„ C
Cá
ác thông tin h
c thông tin hì
ình h
nh họ
ọc: L
c: Là
à h
hệ
ệ th
thố
ống thông tin đi
ng thông tin điề
ều khi
u khiể
ển c
n cá
ác chuy
c chuyể
ển
n
đ
độ
ộng tương đ
ng tương đố
ối gi
i giữ
ữa dao v
a dao và
à chi ti
chi tiế
ết, liên quan tr
t, liên quan trự
ực ti
c tiế
ếp đ
p đế
ến qu
n quá
á tr
trì
ình t
nh tạ
ạo
o
h
hì
ình b
nh bề
ề m
mặ
ặt (th
t (thể
ể hi
hiệ
ện d
n dị
ịch chuy
ch chuyể
ển d
n dụ
ụng c
ng cụ
ụ)
)
„
„ C
Cá
ác thông tin công ngh
c thông tin công nghệ
ệ: L
: Là
à h
hệ
ệ th
thố
ống thông tin đi
ng thông tin điề
ều khi
u khiể
ển c
n cá
ác ch
c chứ
ức
c
năng v
năng vậ
ận h
n hà
ành c
nh củ
ủa m
a má
áy như đ
y như đó
óng m
ng mở
ở tr
trụ
ục ch
c chí
ính m
nh má
áy,
y, đ
đó
óng m
ng mở
ở dung
dung
dich trơn ngu
dich trơn nguộ
ội,
i, đ
đó
óng m
ng mở
ở h
hộ
ộp ch
p chạ
ạy dao, h
y dao, hộ
ộp tr
p trụ
ục ch
c chí
ính c
nh củ
ủa m
a má
áy l
y lự
ựa
a
ch
chọ
ọn chi
n chiề
ều sâu c
u sâu cắ
ắt, t
t, tố
ốc đ
c độ
ộ ch
chạ
ạy dao, s
y dao, số
ố vòng quay tr
vòng quay trụ
ục ch
c chí
ính,
nh,
z Định dạng tín hiệu đầu vào chứa các thông tin điều khiển số để
điều khiển máy CNC nói chung là một chuỗi các xung điện.
„
„ C
Cá
ác xung đư
c xung đượ
ợc s
c sắ
ắp x
p xế
ếp theo c
p theo cá
ác m
c mẫ
ẫu kh
u khá
ác nhau. M
c nhau. Mỗ
ỗi m
i mẫ
ẫu đ
u đạ
ại di
i diệ
ện cho
n cho
m
mộ
ột k
t kí
í t
tự
ự hay con s
hay con số
ố c
cụ
ụ th
thể
ể n
nà
ào đ
o đó
ó. V
. Và
à c
cá
ác m
c mẫ
ẫu xung kh
u xung khá
ác nhau đư
c nhau đượ
ợc
c
g
gọ
ọi l
i là
à code.
code.
„
„ V
Vớ
ới m
i mụ
ục đ
c đí
ích đi
ch điề
ều khi
u khiể
ển, ch
n, chỉ
ỉ 7
7 trong 8 xun
trong 8 xung đư
g đượ
ợc s
c sử
ử d
dụ
ụng cho vi
ng cho việ
ệc bi
c biể
ểu
u
di
diễ
ễn gi
n giá
á tr
trị
ị nh
nhị
ị phân
phân Æ
Æ Tương đương v
Tương đương vớ
ới 127 code c
i 127 code có
ó th
thể
ể đư
đượ
ợc bi
c biể
ểu
u
di
diễ
ễn. Con s
n. Con số
ố n
nà
ày vư
y vượ
ợt qu
t quá
á s
số
ố code yêu c
code yêu cầ
ầu cho đi
u cho điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố l
là
à 52.
52.
10. 10
10
B
Bả
ản ch
n chấ
ất c
t củ
ủa đi
a điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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 c
Thông qua cá
ác v
c vậ
ật mang tin như băng đ
t mang tin như băng đụ
ục l
c lỗ
ỗ, gi
, giấ
ấy đ
y đụ
ục l
c lỗ
ỗ
„
„ Đư
Đượ
ợc so
c soạ
ạn th
n thả
ảo v
o và
à lưu tr
lưu trữ
ữ trong v
trong vậ
ật mang tin (
t mang tin (băng t
băng từ
ừ,
, đ
đĩ
ĩa t
a từ
ừ ho
hoặ
ặc đ
c đĩ
ĩa
a
compact CD) v
compact CD) và
à đư
đượ
ợc đưa v
c đưa và
ào h
o hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố qua c
qua cử
ửa n
a nạ
ạp tương
p tương
th
thí
ích.
ch.
„
„ Đư
Đượ
ợc đưa v
c đưa và
ào h
o hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố thông qua c
thông qua cá
ác n
c nú
út b
t bấ
ấm b
m bằ
ằng tay trên
ng tay trên
b
bả
ảng đi
ng điề
ều khi
u khiể
ển.
n.
„
„ Đư
Đượ
ợc chuy
c chuyể
ển tr
n trự
ực ti
c tiế
ếp t
p từ
ừ b
bộ
ộ nh
nhớ
ớ c
củ
ủa m
a mộ
ột m
t má
áy t
y tí
ính đi
nh điề
ều h
u hà
ành ch
nh chủ
ủ sang
sang
h
hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố c
củ
ủa t
a từ
ừng tr
ng trạ
ạm gia công (nguyên t
m gia công (nguyên tắ
ắc v
c vậ
ận h
n hà
ành DNC)
nh DNC)
12. 12
12
Bư
Bướ
ớc ph
c phá
át tri
t triể
ển c
n củ
ủa đi
a điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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.
13. 13
13
Bư
Bướ
ớc ph
c phá
át tri
t triể
ển c
n củ
ủa đi
a điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
14. 14
14
Bư
Bướ
ớc ph
c phá
át tri
t triể
ển c
n củ
ủa đi
a điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
15. 15
15
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
16. 16
16
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ điều khiển số NC (Numerical Control)
Băng đục lỗ
Tính toán, kiểm tra, giải mã
Lưu giữ thông
tin vị trí
Lưu giữ lệnh
điều khiển máy
Bộ so sánh trị số thực
và trị số cho trước
Bộ nội suy
Bộ khuyếch đại các thông tin dịch chuyển
và điều khiển máy
Bộ thích nghi
Hệ thống đo
dịch chuyển
Hệ thống
truyền động
Lệnh điều khiển máy Trị số cho trước
Điều khiển NC
Máy NC
Trị số
thực
17. 17
17
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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.
18. 18
18
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
lưu giữ chương trình
Bộ khuyếch đại các thông tin
dịch chuyển và điều khiển máy
Bộ thích nghi
Điều khiển CNC
Máy NC
Trị số
thực
Chương trình in
Chương trình nội suy
Lưu giữ chương trình
Chương
trình gia
công
NC
19. 19
19
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
20. 20
20
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
21. 21
21
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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.
22. 22
22
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ điều khiển thích nghi (Adaptive Control)
z Ưu điểm của AC
„
„ T
Tố
ối ưu ho
i ưu hoá
á c
cá
ác qu
c quá
á tr
trì
ình gia công
nh gia công
„
„ Nâng cao đư
Nâng cao đượ
ợc đ
c độ
ộ ch
chí
ính x
nh xá
ác gia công
c gia công
„
„ Gi
Giả
ảm thi
m thiể
ểu t
u tá
ác đ
c độ
ộng c
ng củ
ủa c
a cá
ác y
c yế
ếu t
u tố
ố bên ngo
bên ngoà
ài (
i (rung đ
rung độ
ộng, nhi
ng, nhiệ
ệt c
t cắ
ắt, s
t, sự
ự
không đ
không đồ
ồng đ
ng đề
ều c
u củ
ủa phôi li
a phôi liệ
ệu
u…
…)
)
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.
23. 23
23
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
24. 24
24
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
25. 25
25
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.
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
26. 26
26
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
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.
27. 27
27
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
28. 28
28
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
Các máy CNC một trục hoặc nhiều trục
Các robot làm nhiệm vụ vận chuyển
29. 29
29
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.
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
30. 30
30
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
z Ưu điểm của hệ thống FMS
„
„ Nâng cao năng su
Nâng cao năng suấ
ất c
t củ
ủa m
a má
áy nh
y nhờ
ờ gia công đ
gia công đồ
ồng th
ng thờ
ời b
i bằ
ằng nhi
ng nhiề
ều dao
u dao
„
„ Gi
Giả
ảm th
m thờ
ời gian ph
i gian phụ
ụ nh
nhờ
ờ thay dao t
thay dao tự
ự đ
độ
ộng v
ng và
à s
sử
ử d
dụ
ụng cơ c
ng cơ cấ
ấu v
u vệ
ệ tinh
tinh
đ
để
ể g
gá
á phôi
phôi
„
„ T
Tự
ự đ
độ
ộng ho
ng hoá
á dòng di chuy
dòng di chuyể
ển c
n củ
ủa phôi nh
a phôi nhờ
ờ h
hệ
ệ th
thố
ống v
ng vậ
ận chuy
n chuyể
ển đi
n điề
ều
u
khi
khiể
ển b
n bằ
ằng m
ng má
áy t
y tí
ính
nh
„
„ Gi
Giả
ảm chi ph
m chi phí
í h
hà
ành ch
nh chí
ính nh
nh nhờ
ờ đi
điề
ều đi
u điề
ều s
u sả
ản xu
n xuấ
ất b
t bằ
ằng m
ng má
áy t
y tí
ính
nh
„
„ T
Tố
ối ưu ho
i ưu hoá
á qu
quá
á tr
trì
ình công ngh
nh công nghệ
ệ b
bằ
ằng
ng ứ
ứng d
ng dụ
ụng h
ng hệ
ệ th
thố
ống k
ng kế
ế ho
hoạ
ạch
ch
khai th
khai thá
ác t
c tố
ối ưu
i ưu
31. 31
31
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco
32. 32
32
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco
33. 33
33
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco
34. 34
34
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco
35. 35
35
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco
36. 36
36
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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
37. 37
37
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing)
NEW CHOICES
TRADITIONAL
CHOICES
Mass
Production
Small batch
Flexible
Manufacturing
Mass
Customization
Continuous
Process
BATCH SIZE
Small Unlimited
Customized
Standardized
PRODUCT
FLEXIBILITY
Relationship of Computer-Integrated Manufacturing
Technology to Traditional Technologies
38. 38
38
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing)
39. 39
39
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing)
Schematic illustration of a computer-integrated manufacturing system. Source:
After U. Rembold.
40. 40
40
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
„ 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.
41. 41
41
Grouping parts according to their (a) geometric similarities and
(b) manufacturing attributes.
„ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing)
z Group technology (Công nghệ nhóm)
C
Cá
ác h
c hệ
ệ đi
điề
ều khi
u khiể
ển s
n số
ố
