Vai trò và chức năng các bộ phận điều khiển trên máy CNC

Chắc hẳn bạn cũng quan tâm tới cách hoạt động của máy CNC, và bạn sẽ còn khá lo lắng về cách mà những phần mềm lập trình, máy CNC kết hợp để gia công ra được một chi tiết hoàn thiện. Để tự tin hơn, bạn cần hiểu được những cấu tạo quan trọng của máy CNC, những bộ điều khiển, và cách mà máy CNC được can thiệp và thực hiện công việc gia công của chúng.

Các thành phần và vai trò của các bộ phận trên Máy CNC

máy CNC gồm các bộ điều khiển tương tự như một máy tính trên bo mạch của chúng, thường được gọi là Bộ điều khiển máy (MCU), thường được gắn cố định, có nghĩa là tất cả các chức năng của máy đều được liên kết bởi các yếu tố điện tử vật lý được tích hợp trong bộ điều khiển. Mặt khác, máy tính trên bo mạch có bộ nhớ, có nghĩa là các chức năng của máy được mã hóa vào máy tính tại thời điểm sản xuất và chúng sẽ không bị xóa khi tắt máy CNC.
Bộ nhớ máy tính chứa thông tin đó được gọi là ROM (Bộ nhớ chỉ đọc). MCU có bàn phím chữ và số cho Nhập dữ liệu trực tiếp hoặc thủ công (MDI) của các chương trình gia công. Các chương trình như vậy được lưu trữ trong bộ nhớ gọi là RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên), một phần của máy tính có thể được phát lại, chỉnh sửa và xử lý bằng chương trình điều khiển .

Tuy nhiên, tất cả các chương trình nằm trong RAM đều bị mất khi tắt máy CNC. Các chương trình này có thể được lưu trên các thiết bị lưu trữ phụ trợ, như thẻ nhớ, usb, ổ cứng hoặc từ xa qua các bộ nhận dữ liệu wifi. Các đơn vị MCU mới hơn có màn hình đồ họa có thể hiển thị không chỉ chương trình CNC mà cả các đường chạy dao cắt và bất kỳ lỗi nào trong chương trình. Thông tin được lưu trữ trong máy tính có thể được đọc bằng phương tiện tự động và được chuyển đổi thành tín hiệu điện, vận hành các hệ thống servo được điều khiển bằng điện.

Trước tiên bạn tham khảo một sơ đồ điện tử của máy CNC đơn giản

Hệ thống servo được điều khiển bằng điện này cho phép các trục của máy công cụ được điều khiển đồng thời và theo các thông số và hướng thích hợp, do đó, các hình dạng phức tạp có thể được cắt, thường chỉ bằng một thao tác duy nhất và không cần thiết lập lại . Điều khiển số máy tính có thể được áp dụng cho máy phay, máy tiện, máy mài, máy khoan, máy bắn điện, máy khoan, v.v … Một hệ thống CNC về cơ bản bao gồm:
(a) Bộ xử lý trung tâm (CPU); (b) Bộ điều khiển servo;
(c) Bảng điều khiển vận hành; (d) Bảng điều khiển máy;
(e) Bộ điều khiển logic khả trình;

Bộ phận xử lý trung tâm (CPU):

Bộ xử lý trung tâm (CPU) là bộ não của MCU quản lý các thành phần khác, dựa trên phần mềm có trong bộ nhớ chính (RAM). Phần điều khiển lấy các lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ và tạo tín hiệu để kích hoạt các thành phần khác, nghĩa là, nó sắp xếp, tọa độ và điều chỉnh tất cả các hoạt động của máy tính MCU. Tất cả các mức bù cần thiết cho gia công (như lỗi trục vít dẫn, hao mòn dao cụ, sai số khác) được CPU tính toán tùy thuộc vào các đầu vào tương ứng có sẵn cho hệ thống.
CPU là trái tim của một hệ thống CNC. Nó chấp nhận thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ ROM như một phần của chương trình. Dữ liệu này được giải mã và chuyển thành tín hiệu điều khiển và vận tốc vị trí cụ thể. Vì vậy, nó cũng giám sát chuyển động của trục điều khiển hoặc trục chính và khi điều này không trùng với các giá trị chương trình, một hành động khắc phục được thực hiện.
Bộ xử lý trung tâm hoặc CPU chứa tất cả các mạch mà máy tính cần để thao tác dữ liệu và thực hiện các hướng dẫn. CPU nhỏ đến mức đáng kinh ngạc với số lượng xử lý khổng lồ mà nó tạo ra . Các mạch của bộ xử lý được tạo thành từ các cổng, với các thành phần nhỏ gọi là bóng bán dẫn
CPU có hàng triệu và hàng triệu bóng bán dẫn trong mạch của nó. CPU bao gồm năm thành phần cơ bản: RAM, Thanh ghi, Bus, ALU và Thiết bị điều khiển, được hiển thị trong sơ đồ bên dưới, chế độ xem trên cùng của một CPU đơn giản với 16 byte RAM. Hình ảnh này, [Intel 2000] cho thấy CPU có thể nhỏ gọn đến mức nào.

RAM: Thành phần này được tạo ra từ việc kết hợp các cổng cắm với bộ giải mã. Các cổng tạo ra mạch có thể ghi nhớ trong khi bộ giải mã tạo ra một cách cho các vị trí bộ nhớ riêng lẻ được chọn.
Thanh ghi: Các thành phần này là các vị trí bộ nhớ đặc biệt có thể được truy cập rất nhanh. Ba chế độ được hiển thị: Thanh ghi lệnh (IR), Bộ đếm chương trình (PC) và Bộ tích lũy.
BUS: Các thành phần này là đường cao tốc thông tin cho CPU. BUS là bó dây nhỏ mang dữ liệu giữa các thành phần. BUS quan trọng nhất là địa chỉ, dữ liệu và bus.
ALU: Đơn vị logic số học thực hiện tất cả các tính toán toán học của CPU. Nó bao gồm các mạch phức tạp tương tự như bộ cộng, trừ, or, not,… Đơn vị logic số học (ALU) bao gồm các mạch để thực hiện các phép tính khác nhau (cộng, trừ và nhân), đếm và các hàm logic được yêu cầu bởi phần mềm nằm trong bộ nhớ. Nó được kết nối với bộ nhớ chính của bus dữ liệu.
Đơn vị điều khiển: Thành phần này chịu trách nhiệm chỉ đạo các yêu cầu và dữ liệu trong CPU. Thiết bị điều khiển thực sự được xây dựng từ nhiều mạch lựa chọn khác như bộ giải mã và bộ ghép kênh. bên trong sơ đồ ở trên, Bộ giải mã và Bộ ghép kênh tạo thành Đơn vị điều khiển.
Bộ điều khiển Servo:
Thiết bị điều khiển Servo nhận tín hiệu lệnh, được CPU tạo ra cho chuyển động trục, khuếch đại tín hiệu và truyền dòng điện tới động cơ servo để tạo ra chuyển động tương ứng với tín hiệu lệnh. Thông thường tín hiệu lệnh đại diện cho một vận tốc mong muốn, nhưng cũng có thể đại diện cho một mô-men xoắn hoặc vị trí mong muốn. Điều khiển servo so sánh trạng thái động cơ thực tế với trạng thái động cơ được yêu cầu và thay đổi tần số điện áp hoặc độ rộng xung nhằm điều chỉnh cho bất kỳ sai lệch nào so với trạng thái được điều khiển.

Trong một bộ điều khiển được cấu hình đúng, động cơ servo quay với vận tốc, rất gần với vận tốc của tín hiệu được nhận bởi servo từ hệ thống điều khiển. Một số thông số, chẳng hạn như độ cứng (còn được gọi là mức tăng tỷ lệ), giảm xóc (còn được gọi là mức tăng đạo hàm) và mức tăng phản hồi, có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu suất mong muốn này. Quá trình điều chỉnh các tham số này được gọi là điều chỉnh hiệu suất. Bộ điều khiển servo cũng nhận được tín hiệu phản hồi vị trí cho chuyển động thực tế của trục máy công cụ, từ các thiết bị phản hồi (như thang đo tuyến tính, bộ mã hóa encoder, vòng quay, v.v.).
Bảng điều khiển vận hành:
Là nhóm các điều khiển trên máy CNC cho phép người vận hành điều khiển các thành phần của máy bằng tay, đôi khi được gọi là Bảng điều khiển máy, cung cấp giao diện người dùng để tạo điều kiện giao tiếp hai chiều giữa người dùng, hệ thống CNC và máy công cụ, thường bao gồm hai phần: Màn hình hiển thị và Bàn phím.

Bảng điều khiển là một thiết bị cảnh báo, truyền thông và tự động hóa tiên tiến của tất cả trong một , cũng phục vụ cho sự tương tác của hệ thống với nhân viên vận hành, được sản xuất theo ba phiên bản: Cơ bản, Chuyên nghiệp và Doanh nghiệp. Chúng khác nhau về chức năng, phương pháp điều khiển, giao diện truyền thông và các tùy chọn để đặt hàng bổ sung hoặc mô-đun giao tiếp bổ sung.

Bảng điều khiển máy:
Đó là giao diện trực tiếp giữa người vận hành và hệ thống NC, cho phép vận hành máy thông qua hệ thống CNC. Mỗi phòng điều khiển quy trình công nghiệp đều được cung cấp bảng điều khiển màn hình, hiển thị và cho phép lưu trữ dữ liệu cài đặt mong muốn, trong rất nhiều tùy chọn về chiều rộng, chiều dài và chiều cao, được sản xuất cho bất kỳ mục đích kiểm soát ứng dụng nào.

Trong gia công CNC, bảng điều khiển giám sát trục chuyển động, chức năng trục chính hoặc chức năng công cụ trên máy công cụ, tùy thuộc vào chương trình bộ phận được lưu trong bộ nhớ. Trước khi bắt đầu quá trình gia công, trước tiên, công cụ máy phải được chuẩn bị một số tác vụ cụ thể như, thiết lập điểm tham chiếu chính xác, tải bộ nhớ hệ thống với chương trình bộ phận cần thiết, tải và kiểm tra độ lệch của công cụ, độ lệch bằng 0 v.v.
Bộ điều khiển logic lập trình (PLC):

Bộ điều khiển logic lập trình, PLC hoặc Bộ điều khiển khả trình là một máy tính kỹ thuật số được sử dụng để tự động hóa các quy trình cơ điện, chẳng hạn như điều khiển máy móc trên dây chuyền lắp ráp nhà máy hoặc sửa chữa ánh sáng. PLC được thiết kế cho nhiều sắp xếp đầu vào và đầu ra. Các chương trình PLC thường được viết cho một ứng dụng đặc biệt trên máy tính cá nhân, sau đó được tải xuống bằng cáp kết nối trực tiếp hoặc qua mạng tới PLC, được lưu trữ trong RAM dự phòng bằng pin hoặc một số bộ nhớ flash khác.

Một PLC phù hợp với NC với máy, như là một sự thay thế cho bảng điều khiển rơle cứng có dây. PLC PLC hiện có sẵn với các chức năng tăng thêm, bộ nhớ nhiều hơn và khả năng đầu vào / đầu ra lớn hơn. Trong CPU, tất cả các quyết định được đưa ra liên quan đến việc điều khiển máy hoặc một quy trình. CPU nhận dữ liệu đầu vào, thực hiện các quyết định logic dựa trên chương trình được lưu trữ và ổ đĩa kết nối đầu ra đến một máy tính cho kiểm soát phân cấp được thực hiện thông qua CPU.
MCU cũng bao gồm các hệ thống con được kết nối với nhau bằng phương tiện của bus hệ thống, giúp truyền dữ liệu và tín hiệu giữa các thành phần của mạng. Các hệ thống con là:

(1) Bộ nhớ;
(2) Giao diện đầu vào / đầu ra;
(3) Điều khiển trục máy và tốc độ trục chính; (4) Điều khiển trình tự cho các chức năng công cụ máy khác.

Bộ nhớ RAM:
Bộ nhớ CNC có thể được chia thành hai loại: bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ. Bộ nhớ chính (còn được gọi là bộ nhớ chính) bao gồm các thiết bị ROM (Bộ nhớ chỉ đọc) và RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên). Phần mềm hệ điều hành và các chương trình giao diện máy thường được lưu trữ trong ROM và các chương trình này thường được cài đặt bởi nhà sản xuất MCU.
Các chương trình phần điều khiển số được lưu trữ trong các thiết bị RAM và có thể bị xóa và thay thế bởi các chương trình mới khi công việc được thay đổi. Phổ biến trong số các thiết bị bộ nhớ thứ cấp, là các đĩa cứng và thiết bị di động đã thay thế hầu hết các băng giấy đục lỗ, theo truyền thống được sử dụng để lưu trữ các chương trình gia công. Đĩa cứng là thiết bị lưu trữ dung lượng cao được cài đặt vĩnh viễn trong bộ điều khiển máy CNC. Bộ nhớ thứ cấp CNC cũng được sử dụng để lưu trữ các chương trình gia công, macro và phần mềm khác.

Giao tiếp đầu vào / đầu ra:

Giao tiếp I / O cung cấp giao tiếp giữa các thành phần khác nhau của hệ thống CNC, các hệ thống máy tính khác và người vận hành máy. Như tên gọi của nó, giao diện I / O truyền và nhận dữ liệu và tín hiệu đến và từ các thiết bị bên ngoài. Bảng điều khiển là giao diện cơ bản mà người vận hành máy giao tiếp với hệ thống CNC.

Điều này được sử dụng để nhập các lệnh liên quan đến chỉnh sửa chương trình gia công, chế độ vận hành MCU (ví dụ: điều khiển chương trình so với điều khiển thủ công), tốc độ và nguồn cấp dữ liệu, cắt / tắt bơm làm mát và các chức năng tương tự. Bàn phím chữ và số thường được bao gồm trong bảng điều khiển của người vận hành. Giao diện I / O cũng bao gồm màn hình [có thể là Cathode Ray Tube (CRT) hoặc Diode phát sáng (màn hình LED)] cho truyền thông dữ liệu và thông tin từ MCU đến người vận hành máy.
Màn hình được sử dụng để biểu thị trạng thái hiện tại của chương trình khi nó đang được thực thi và để cảnh báo hoạt động của bất kỳ trục trặc nào trong hệ thống CNC. Các chương trình cũng có thể được nhập bằng tay bởi máy hoạt động hoặc được lưu trữ tại một trang web máy tính trung tâm và được truyền qua mạng cục bộ (LAN) đến hệ thống CNC.

Điều khiển cho trục máy công cụ và tốc độ trục chính:

Đây là các thành phần phần cứng điều khiển vị trí và tốc độ (tốc độ tải) của từng trục máy cũng như tốc độ quay của trục chính của máy công cụ. Các tín hiệu điều khiển do MCU tạo ra phải được chuyển đổi thành dạng và mức công suất phù hợp với các hệ thống điều khiển vị trí cụ thể được sử dụng để điều khiển các trục chính. Hệ thống định vị có thể được phân loại là vòng lặp mở hoặc vòng kín, và các thành phần phần cứng khác nhau được yêu cầu trong mỗi trường hợp.

Tùy thuộc vào loại máy công cụ, trục chính được sử dụng để cắt (1) phôi hoặc (2) quay. Minh họa trường hợp thứ nhất, trong khi phay và khoan làm gương thứ hai. Tốc độ trục chính là một tham số được lập trình cho hầu hết các máy công cụ CNC. Các thành phần tốc độ trục chính trong MCU thường bao gồm mạch driver điều khiển và giao diện cảm biến phản hồi. Các thành phần phần cứng cụ thể phụ thuộc vào loại trục chính.