Kỹ sư Việt Nam làm chủ công nghệ điều khiển máy phay CNC

Bùi Thanh Luân và nhóm cộng sự tại công ty TNHH Cơ điện tử Hiệp Phát sau 2 năm nghiên cứu đã chế tạo và đưa vào vận hành thử nghiệm thành công bộ điều khiển máy phay CNC 4 trục với đầy đủ tính năng như một số bộ điều khiển "hàng hiệu" ngoại nhập, mở ra hướng phát triển tiềm năng cho ngành chế tạo, nâng cấp, cải tạo máy CNC tại Việt Nam nói chung và TPHCM nói riêng trong thời gian tới.

Chiều ngày 29/5/2021, Sở Khoa học và Công nghệ TPHCM cùng các đơn vị liên quan đã tổ chức buổi nghiệm thu nhiệm vụ khoa học và công nghệ đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và ứng dụng bộ điều khiển cho máy phay CNC 4 trục". Đơn vị chủ trì thực hiện nhiệm vụ là công ty TNHH Cơ điện tử Hiệp Phát.

Đại diện đơn vị chủ trì thực hiện công ty Cơ điện tử Hiệp Phát, chủ nhiệm đề tài TS. Bùi Thanh Luân cho biết, mục tiêu của đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và ứng dụng bộ điều khiển cho máy phay CNC 4 trục" là nhằm làm chủ hoàn toàn công nghệ sản xuất bộ điều khiển cho máy phay CNC 4 trục hoạt động tốt trong công nghiệp, có khả năng sản xuất hàng loạt với tỷ lệ nội địa hóa cao để hướng đến thương mại hóa, giá thành (chế tạo, sản xuất) thấp hơn so với thiết bị có tính năng tương đương được nhập khẩu từ nước ngoài, qua đó giúp các doanh nghiệp trong nước chủ động hơn trong việc sản xuất, láp ráp máy CNC trước nhu cầu ngày càng nhiều từ thị trường. 

 Bộ sản phẩm SGH7i 6MA, Touch và 11MA là sản phẩm của nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ do công ty Cơ điện tử Hiệp Phát chủ trì thực hiện.

Trải qua 3 giai đoạn nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã hoàn thành toàn bộ mục tiêu đề ra, với sản phẩm giai đoạn 1 là bộ điều khiển SGH7i 6MA, có thể sử dụng cho các dạng máy CNC 3 trục đơn giản, yêu cầu độ chính xác không cao như một số dòng máy khắc gỗ CNC, máy cắt laser và những máy CNC gia công vật liệu phi kim. Dù có tính năng chính tương đương bộ điều khiển Syntec 6MA (Đài Loan) nhưng giá thành của giải pháp SGH7i 6MA theo ước tính khi đưa vào sản xuất hàng loạt vẫn đảm bảo sẽ thấp hơn đến 4 lần nhờ vào sự nhỏ gọn và tối ưu thiết kế theo công nghệ tích hợp của chíp (vi xử lý) mới. 

Máy phay Brother trang bị bộ điều khiển SGH7i 11MA thực hiện gia công phay 4 trục nội suy cánh turbo. 

Sản phẩm giai đoạn 2 là bộ điều khiển SGH7i Touch để chủ yếu sử dụng cho các dạng máy CNC yêu cầu giao diện phức tạp hơn và dùng trong môi trường sạch như máy gia công vàng CNC, máy gia công nha khoa CNC. Bộ điều khiển có khả năng kết hợp các chức năng khác trong máy CNC với phần chuyển động như thay dao tự động, thay pallet tự động, kết hợp nhiều đầu trục chính, tự động điều khiển độ cao đầu cắt dùng trong máy cắt thép tấm laser hay plasma. Sản phẩm SGH7i Touch khác phiên bản SGH7i 6MA ở việc được nâng cấp số trục điều khiển và số trục nội suy đồng thời từ 3 trục lên 4 trục, bổ sung màn hình cảm ứng.

Cuối cùng, là sản phẩm hoàn thiện ở mức tối đa trong giai đoạn 3, SGH7i 11MA đã được thử nghiệm và vận hành liên tục trên máy phay 3 trục Okuma và máy phay 4 trục Brother tại xưởng sản xuất của công ty Cơ điện tử Hiệp Phát. Dòng sản phẩm ở giai đoạn này có thể trang bị cho các chủng loại/dạng máy CNC yêu cầu giao diện hỗ trợ nhiều hơn cho người vận hành, cũng như nhu cầu gia công các chi tiết sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao hơn, ví dụ như máy phay CNC kim loại gia công khuôn, các chi tiết máy có dung sai lắp ráp yêu cầu độ chính xác cao.

Bùi Thanh Luân giới thiệu đến hội đồng tư vấn nhiệm vụ về nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển SGH7i 11MA đang vận hành máy Brother TC-S2A-2 thực hiện phay nội suy 4 trục cánh turbo.

Giải pháp SGH7i 11MA khả năng hỗ trợ các lệnh G Code, M Code thông dụng và chương trình Macro, giúp máy CNC linh hoạt thực hiện các tác vụ như định vị trục chính, thay dao, taro. Đặc biệt, bộ điều khiển SGH7i 11MA còn tích hợp tính năng hỗ trợ taro đồng bộ, có khả năng tính toán điểm vào ren để có thể taro nhiều giai đoạn trên lỗ ren. Ngoài ra, bộ điều khiển cung cấp tiện ích hỗ trợ lấy nhanh tâm phôi, mô phỏng gia công để xem trước được sản phẩm gia công và đường chạy dao trên giao diện hiển thị 3D, và một tính năng hoàn toàn nổi bật so với các bộ điều khiển nhập ngoại là có thêm khả năng kết nối Wi-Fi giúp người vận hành truyền nhận chương trình gia công và quản lý máy CNC từ xa dựa vào mạng Internet theo hướng phát triển của nền công nghiệp 4.0.

Các chương trình phần mềm học thuật điều khiển nội suy sử dụng trong điều khiển chuyển động máy CNC được hoàn thiện trên cơ sở một số nghiên cứu do công ty Cơ điện tử Hiệp Phát thực hiện nhằm triển khai đề tài, sau đó đội ngũ kỹ sư đã "chương trình hóa" thành phần mềm lẫn phần cứng tích hợp tương ứng, góp phần tạo ra sản phẩm hoàn thiện cuối cùng của nhiệm vụ khoa học.

Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy, bộ điều khiển SGH7i 11MA có thể giúp nhiều dòng máy CNC thực hiện tốt việc gia công (phay) các chi tiết có biên dạng từ cơ bản như tạo hình vuông, hình lục giác, hình tròn ngoài, chạy lỗ tròn… tới các biên dạng phức tạp như gia công cánh turbo hay các chi tiết có biên dạng phức tạp khác. Giải thuật đọc trước chương trình (look ahead) cho phép bộ điều khiển biết trước đường chạy dao nên các giải thuật nội suy, tăng tốc, giảm tốc khi gia công các đường thẳng, cung lớn, cung nhỏ… cũng được tối ưu về vận tốc, gia tốc, qua đó giúp bề mặt chi tiết gia công đạt độ trơn láng hơn.

Trong quá trình nghiên cứu, TS. Bùi Thanh Luân cùng các cộng sự đã công bố một bài báo khoa học “An Improved Error Interpolator of Milling CNC Controller Based on FPGA” và luận văn đào tạo bậc thạc sĩ “Cải thiện giải thuật nội suy sai số nhỏ nhất cho bộ điều khiển máy phay CNC để nội suy các đường cong thông thường dựa trên nền tảng FPGA”.

Tính năng cài đặt tâm phôi nhanh và tính năng mô phỏng gia công trên bộ điều khiển SGH7i 11MA

Linh hoạt và sẵn sàng chuyển giao

Về nguyên lý, với các thư viện phần mềm, trình biên dịch Ladder cho PLC nội cùng bộ giải pháp phần cứng được sản xuất sẵn, các doanh nghiệp cơ khí, cơ điện tử "dựng máy" hoàn toàn dễ dàng có thể cấu hình phần điều khiển cho một máy CNC hoạt động đầy đủ các tính năng. Người vận hành máy chỉ cần nạp tập tin định dạng NC vào máy thông qua USB, mạng LAN hay Wi-Fi một cách dễ dàng để tiến hành gia công.

Nói về ưu điểm của giải pháp được nghiên cứu, chế tạo thành công, nhóm thực hiện cho biết đội ngũ kỹ sư tại các đơn vị láp ráp máy CNC trong tương lai vẫn có thể cải tiến firmware cho bộ điều khiển SGH7i (từ trình biên dịch Ladder cho PLC và cả PLC tích hợp) được công ty Cơ điện tử Hiệp Phát chuyển giao công nghệ sản xuất. Việc cập nhật firmware mới cho bộ điều khiển hoàn toàn có thể được thực hiện đơn giản thông qua các giao tiếp được thiết kế sẵn như cổng Modbus RS485, hay thậm chí qua mạng LAN, WiFi và cả thiết bị lưu trữ USB gắn ngoài.

Mặt sau của một bo mạch trong hệ thống bộ điều khiển SGH7i 11MA cho thấy sự hiện diện của nhiều cổng giao tiếp, giúp thuận tiện trong nâng cấp, cũng như mở rộng khả năng điều khiển, vận hành với nhiều thiết bị phụ trợ khác.

Thành phẩm là cánh turbo được gia công nội suy 4 trục.

Tính đến thời điểm hiện tại, toàn bộ sản phẩm là kết quả của công trình nghiên cứu nói trên đã sẵn sàng đưa vào sản xuất hàng loạt cũng như chuyển giao công nghệ.