GIAO TRINH HE THONG DIEU KHIEN CHUONG TRINH SO

CHƯƠNG

1 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ 1.1 Khái niệm về điều khiển

theo chương trình số:

Các máy công cụ, máy cắt kim loại đã được phát triển từ rất lâu để gia công các chi tiết khác nhau trong ngành cơ khí. Một thời gian dài xuất hiện, các máy công cụ đều do  các công nhân trực tiếp điều khiển, thao tác bằng tay, quan sát bằng mắt để gia công. Cách điều khiển này khiến cho thời gian phụ khá lớn, l ớn, phế phẩm nhiều và như vậy năng suất làm l àm việc không cao. Khi mà nhu cầu sản suất hàng loạt lớn và hàng khối  phát sinh, cần thiết phải nâng cao năng suất, giảm thời gian phụ và giảm phần trăm phế phẩm. p hẩm. Để thực hiện được các yêu cầu này cần thiết tiến hành quá trình tự động hóa,  các máy tự động sử dụng các cơ cấu vấu tì hay công tắc hành trình, mẫu chép

hình, cơ cấu cam trên trục phân phối như là các chương trình điều khiển

máy đã được lập và ghi sẵn thông qua các cơ cấu này . Các máy tự động loại này giúp rút ngắn được thời gian phụ nhưng thời gian chuẩn bị các cơ cấu điều khiển như vấu tì, mẫu chép hình, cam … khá mất nhiều thời gian. Do vậy, nếu cần thay đổi mẫu mã và kích thước của các chi tiết gia công, các cơ cấu điều khiển như vấu tì, cam…hay các chương trình điều khiển “cứng” cần phải được thay đổi và chuẩn bị lại từ đầu và mất nhiều công sức, đặc biệt là khi các chi tiết gia công phức tạp. Vì vậy, các máy tự động loại này chỉ thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối.

Hình 1.1 Điều khiển bằng vấu tì. Hình 1.2 Điều khiển bằng

công tắc hành trình.

Hình 1.3 Điều khiển bằng cam.

1

Xã hội loài người càng phát triển, nhu cầu các mẫu mã sản phẩm trở nên phức tạp hơn và cần thay đổi liên tục với số lượng chi tiết gia công đôi khi không phải luôn luôn là hàng loạt lớn hay hàng khối, việc áp dụng các máy tự động trong sản xuất không có hiệu quả kinh tế cao. Như vậy, cần phải có một loại máy có khả năng thay đổi chương trình điều khiển một cách nhanh chóng hơn, dễ dàng chuẩn bị, “mềm” và linh hoạt hơn so với cách điều khiển “cứng” như trong máy tự động. Máy điều khiển theo chương trình “mềm và linh hoạt” ra đời trong bối cảnh và yêu cầu thực tiễn này. Để giúp điều khiển máy và thay đổi nội dung điều khiển “mềm”, linh hoạt và nhanh chóng hơn,

Hình 1.4 Gia công chép hình.

người ta không thể sử dụng các “chương trình điều khiển cứng” như cam, hay mẫu chép hình như trước mà sử dụng các chương trình được mã hóa dưới dạng số với các loại mã khác nhau. Các máy điều khiển theo chương trình sử dụng các chương trình được mã hóa dưới dạng số này được gọi là máy điều khiển theo chương trình số (numerical control), cũng được gọi là máy NC.

Các chương trình được mã hóa dưới dạng số này chứa đựng tất cả các lệnh điều khiển các chuyển động và hoạt động của máy NC. Thông qua bộ phận đọc chương trình, các câu

lệnh sẽ

được đưa về bộ điều khiển để điều khiển một phần hay toàn bộ quá trình hoạt động của máy  NC.

Các chương trình điều khiển máy NC có thể được ghi trên băng đục lỗ, film, băng từ, đĩa

mềm, đĩa CD, đĩa cứng…. 1.2 Đặc điểm của máy NC.

Giá thành chế tạo 1 Máy NC

1.2.1  Đặc điểm sử dụng:

2 Máy tự động

 Như đã đề cập ở trên, các chương trình điều khiển máy NC được ghi trên băng đục lỗ, film, băng từ, đĩa mềm, đĩa CD, đĩa cứng…, nên máy NC có khả năng thay đổi chương trình điều khiển một cách linh hoạt, nhanh chóng và thuận tiện và không  phải tháo ráp, thay đổi các “chương trình

a

A

B

Số lượng chi tiết Hình 1.5 Tổn phí gia công trên máy NC và máy tự động. N

cứng” như cam, mẫu chép hình như trong máy tự động. Thời gian chuẩn bị chương trình cho máy NC nhanh chóng và đơn giản, không tốn nhiều chi phí và thời gian như việc chuẩn bị như việc lập trình “cứng”. Tuy nhiên, cũng chính vì công việc điều khiển thuận tiện, đơn giản đối với con người mà cấu trúc của máy NC càng trở nên phức tạp hơn so với các máy công cụ 2

Xã hội loài người càng phát triển, nhu cầu các mẫu mã sản phẩm trở nên phức tạp hơn và cần thay đổi liên tục với số lượng chi tiết gia công đôi khi không phải luôn luôn là hàng loạt lớn hay hàng khối, việc áp dụng các máy tự động trong sản xuất không có hiệu quả kinh tế cao. Như vậy, cần phải có một loại máy có khả năng thay đổi chương trình điều khiển một cách nhanh chóng hơn, dễ dàng chuẩn bị, “mềm” và linh hoạt hơn so với cách điều khiển “cứng” như trong máy tự động. Máy điều khiển theo chương trình “mềm và linh hoạt” ra đời trong bối cảnh và yêu cầu thực tiễn này. Để giúp điều khiển máy và thay đổi nội dung điều khiển “mềm”, linh hoạt và nhanh chóng hơn,

Hình 1.4 Gia công chép hình.

người ta không thể sử dụng các “chương trình điều khiển cứng” như cam, hay mẫu chép hình như trước mà sử dụng các chương trình được mã hóa dưới dạng số với các loại mã khác nhau. Các máy điều khiển theo chương trình sử dụng các chương trình được mã hóa dưới dạng số này được gọi là máy điều khiển theo chương trình số (numerical control), cũng được gọi là máy NC.

Các chương trình được mã hóa dưới dạng số này chứa đựng tất cả các lệnh điều khiển các chuyển động và hoạt động của máy NC. Thông qua bộ phận đọc chương trình, các câu

lệnh sẽ

được đưa về bộ điều khiển để điều khiển một phần hay toàn bộ quá trình hoạt động của máy  NC.

Các chương trình điều khiển máy NC có thể được ghi trên băng đục lỗ, film, băng từ, đĩa

mềm, đĩa CD, đĩa cứng…. 1.2 Đặc điểm của máy NC.

Giá thành chế tạo 1 Máy NC

1.2.1  Đặc điểm sử dụng:

2 Máy tự động

 Như đã đề cập ở trên, các chương trình điều khiển máy NC được ghi trên băng đục lỗ, film, băng từ, đĩa mềm, đĩa CD, đĩa cứng…, nên máy NC có khả năng thay đổi chương trình điều khiển một cách linh hoạt, nhanh chóng và thuận tiện và không  phải tháo ráp, thay đổi các “chương trình

a

A

B

Số lượng chi tiết Hình 1.5 Tổn phí gia công trên máy NC và máy tự động. N

cứng” như cam, mẫu chép hình như trong máy tự động. Thời gian chuẩn bị chương trình cho máy NC nhanh chóng và đơn giản, không tốn nhiều chi phí và thời gian như việc chuẩn bị như việc lập trình “cứng”. Tuy nhiên, cũng chính vì công việc điều khiển thuận tiện, đơn giản đối với con người mà cấu trúc của máy NC càng trở nên phức tạp hơn so với các máy công cụ 2

vạn năng thông thường và máy tự động. Điều này làm giá thành của máy NC rất cao so với các loại máy công cụ vạn năng và tự động. Việc sử dụng máy NC rất hiệu quả nếu số lượng chi tiết vừa phải và các mẫu mã chi tiết thường xuyên thay đổi. Máy NC thích hợp cho các loại chi tiết từ đơn giản đến phức tạp. Máy  NC rõ ràng có rất nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại máy khác. Tuy nhiên, để lựa chọn nó,

vấn đề tính kinh tế phải được đem ra xem xét. Hình 1.5 cho thấy, giá thành chế tạo một chi tiết của máy NC sẽ cao hơn giá thành đó của máy tự động nếu tổng số chi tiết dự kiến được gia công trên máy lớn hơn giá trị N; tại điểm N: giá thành này của cả hai loại máy này bằng nhau và

giá thành đó của máy NC thấp hơn nếu tổng số lượng chi tiết nhỏ hơn N. Chi phí ban

đầu a trên hình 1 của máy tự động xét đến việc ngừng để điều chỉnh máy, thay đổi các cơ cấu điều khiển “cứng”. Tóm lại, trong khi, máy tự động thích hợp với việc sản suất chuyên dùng một hoặc một vài chi tiết với số lượng lớn hàng loạt và hàng khối, thì máy NC thích hợp cho việc sản suất đa dạng các loại chi tiết với số lượng nhỏ hơn nếu xét về hiệu quả kinh tế. 1.2.2  Đặc điểm cấu trúc:

Máy NC cũng là máy gia công kim loại nên, cấu trúc của máy NC về cơ bản cũng giống như các máy công cụ truyền thống . Điều này có nghĩa là, máy NC cũng phải thực hiện nguyên lý cắt với hai chuyển động tương đối giữa dao và phôi. Điểm khác biệt ở chỗ hệ thống điều khiển và cách thức điều khiển của chúng khác nhau. Hình 1.6

thể hiện sự khác biệt giữa máy công cụ thông thường (a,b) và máy NC (c,d) .

 Người điều khiển

 Người điều khiển

Máy

truyền thống

Bộ điều khiển

a.

truyền thống

 b.

Dữ liệu vào, các yêu cầu

Chương trình, câu lệnh đk 

Bộ điều khiển

c.

Dữ liệu vào, các yêu cầu

Máy

Máy tính số

 Người điều khiển

Chương trình, câu lệnh đk 

d.

Máy NC

Bộ điều khiển

Máy NC

 Người điều khiển

Hình 1.6 Sự khác biệt giữa máy NC  và máy công cụ truyền thống. 3

 Máy công cụ truyền thống :  Người công nhân phải điều khiển máy trực tiếp bằng tay (hình  1.6 a  – máy vạn năng ) để điều khiển toàn bộ các quá trình hoạt động của máy hoặc phải gián tiếp thông qua bộ điều khiển (hình 1.6 b  – máy tự động) để đo lường, điều chỉnh máy trước hình 1.6  b, bộ điều khiển là

khi gia c ông. Trong trường hợp

một thiết bị kết hợp về cơ điện cùng với các “chương trình cứng”

như cam, vấu tì, các mẫu chép hình… để tạo ra các tác động vật lý lên máy nhằm thay thế các tác động vật lý trực tiếp của người điều khiển l ên máy.  Như vậy ở máy vạn năng, thông qua  bản vẽ chi tiết, người công nhân tự lập ra toàn bộ quá trình hoạt động gia công của máy và trực tiếp điều khiển. Ở máy tự động, các “chương trình cứng” điều khiển máy được ghi lại thông qua các mẫu chép hình, cam, vấu tì, … .  Như vậy: -

Chất lượng gia công phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người công nhân thông qua việc đo lường và kiểm tra, hiệu chỉnh.

-

 Người công nhân luôn phải trực tiếp thao tác (máy vạn năng) hoặc thường xuyên phải can thiệp, kiểm tra, hiệu chỉnh lại máy (máy tự động).

 Máy NC:

Khác với máy công cụ truyền thống, người điều khiển máy NC không phải tác động nhiều đến máy; công việc của người điều khiển đơn giản chỉ là khởi động các hoạt động ban đầu. Máy NC có thể tự động định vị và hiệu chỉnh các giá trị ban đầu thông qua các câu lệnh trong

chương trình điều khiển đã được mã hóa bằng băng đục lỗ, băng từ (hình 1 .6 c ) hay bằng đĩa mềm, đĩa cứng nhờ vào máy tính (hình 1.6 d) mà được xử lý bởi bộ điều khiển. Nhờ vào các chương trình số điều khiển toàn bộ quá trình đã được lập sẵn với các câu lệnh điều khiển vị trí, vận tốc, lượng di động… mà trong suốt quá trình gia công, người điều khiển không phải tác động và can thiệp đến các hoạt động của máy. Ưu, nhược điểm của máy NC: 

Ưu điểm: -

Chương trình điều khiển có thể thay đổi nhanh chóng, dễ dàng và do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất.

-

Chất lượng gia công không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển máy do vậy giảm được hư hỏng do sai sót của con người và ít có phế phẩm. Sự tự động hóa của  NC giúp giảm cường độ lao động căng thẳng của người công nhân.

-

Giúp tăng khả năng tự động hóa quá trình sản xuất. Các máy NC dễ dàng có thể liên kết với nhau để tạo thành trung tâm gia công.

 Nhược điểm:



-

Giá thành của máy NC cao . 4

-

 Người lập trình cho máy NC phải có kiến thức cơ bản về máy NC và ngôn ngữ lập trình.

1.3 Vài nét phát triển của

máy NC.

Có thể nói  Parsons người Mỹ là cha đẻ của ý tưởng áp dụng tín hiệu số cho các máy gia công cắt gọt vào năm 1947 . Một số năm nghiên cứu sau đó với sự hỗ trợ của Viện công nghệ tự động Massachussets (M.I.T), ông đã hoàn chỉnh hệ thống điều khiển máy phay 3 tọa độ điều khiển bằng số, và vào năm 1954, máy này lần đầu tiên được gọi là “máy điều khiển theo chương trình số” như tên gọi ngày nay. Kể từ thời điểm này, khi thấy được lợi ích và tiềm năng to lớn của máy điều khiển chương trình số, các nước khác như Nhật, Anh, CHLB Đức, Liên xô (cũ)…, cũng đã tập trung vào nghiên cứu chế tạo và phát triển thành công máy điều khiển chương trình số.  Năm 1955, trong triển lãm máy công cụ tại Chicago đã xuất hiện 4 máy điều khiển theo chương trình số bằng bìa và băng đục lỗ.  Năm 1965, Mỹ đã đưa vào sử dụng 7000 máy NC các loại. Và đến năm 1988, tổng số máy  NC ở Mỹ đã lên đến 186000 chiếc. Ở châu Âu, cho đến năm 1964, CHLB Đức đã đưa vào sử dụng hơn 500 máy NC các loại. Ở Anh vào năm 1962 cũng đã có 225 máy NC và đến cuối năm 1967 đã có đến 1300 chiếc máy NC. Trong khi đó, ở Liên Xô cũ, việc chế tạo và ứng dụng máy NC vào sản xuất đã đạt nhiều thành tựu rực rỡ. 1.4 Các loại

máy và hệ thống điều khiển chương trình số và xu hướng phát triển .

1.4.1  Máy NC.

Hệ thống NC hiện nay đã ở mức độ khá hoàn thiện. Tuy nhiên, do đặc điểm của máy NC là tổ hợp các phần cứng rời rạc, và chương trình điều khiển còn dựa quá nhiều vào phần cứng (ví dụ như: bộ nội suy, cơ cấu so sánh…) và với mức độ phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin (máy vi tính, PLC và các phần mềm) và ngành điều khiển như hiện nay, thì máy NC không còn chiếm được vị trí quan trọng như thủa ban đầu, thay vào đó là các hệ thống CNC, DNC như dưới đây sẽ đề cập đến. 1.4.2 Tr ung tâm gia công (CN C  –  Computer Numerical Control).

Trung tâm gia công CNC là một loại máy NC điều khiển theo chương trình số sử dụng máy vi tính hoặc máy tính công nghiệp (PLC) để thực hiện các chức năng riêng lẻ của từng mảng linh kiện điện tử của máy NC, và có cơ cấu cấp dao tự động để thực hiện nhiều loại nguyên công khác nhau sau một lần kẹp phôi. CNC ra đời vào khoảng cuối những năm 1950s. Chươ ng trình đk, các câu l ệnh

Máy vi tính Bộ điều khiển

Máy

Hình 1.7 Hệ thống điều khiển số bằng máy vi tính (CNC system). 5

1.4.3  Máy điều khiển thích nghi (ANC –  Adaptive Numerical Control).

Trong các máy gia công CNC, tốc độ cắt và lượng chạy dao được định trước bởi chương trình gia công chi tiết. Việc quyết định các tham số hoạt động này phụ thuộc vào kinh nghiệm và kiến thức liên quan đến vật liệu chi tiết và vật liệu dao, điều kiện làm nguội và các yếu tố khác. Ngược lại với điều này, ý tưởng chính trong hệ điều khiển thích nghi (adaptive control) là cải thiện năng suất hay giảm giá thành gia công, bằng cách tính toán

Băng, đĩa

Lệnh

Hệ thống CNC

và thiết lập các tham số hoạt động tối

Hồi tiếp vị trí

ưu trong suốt quá trình gia công. trị đo của các biến của quá trình the o thời gian thực (real-time), các giá trị

hóa tính năng của hệ thống gia công

Cảm biến

Bộ điều khiển

giới hạn của quá trình gia công và được hiệu chỉnh trực tuyến để tối ưu

cụ Quá trình gia công

Việc tính toán này dựa trên các giá

sau đó các tham số hoạt động với

Máy công

thích nghi

Các giới hạn Chiến lược Chỉ số tính năng Hình 1.8 Hệ thống điều khiển thích nghi AC

này.

1.4.4  Hệ thống gia công (DNC –  Direct Numerical Control).

Hệ thống gia công DNC là một hệ thống gồm nhiều máy NC do một máy tính điện tử trung tâm thực hiện mối liên hệ và điều khiển trực tiếp các máy NC. DNC ra đời vào cuối những năm 1960 với ý tưởng là loại bỏ bớt đi một số phần cứng từ mỗi bộ điều khiển riêng lẻ của mỗi máy và bù trừ cho việc loại bỏ này bằng một máy vi tính trung tâm phức tạp . Các hệ thống DNC hoạt động theo kiểu chia thời gian (time -shared mode) với một chương trình giám sát trong máy vi tính trung tâm liên kết các bộ điều khiển của các máy công cụ và thiết lập bất kỳ một quyền ưu tiên nào đó. Chươ ng trình đk, các câu l ệnh

Bộ điều khiển

Máy vi tính

Bộ điều khiển

Máy

Máy

Hình 1.9 Hệ thống gia công (DNC system). 6

1.4.5 Cụm sản xuất linh hoạt (M anufacturi ng Cell). Cụm

(trạm) sản xuất bao gồm một nhóm các máy CNC được sắp đặt theo một vòng tròn

quanh một (hoặc một số robot). Robot này có nhiệm vụ vận chuyển chi tiết, tháo và lắp chi tiết và dụng cụ cắt…. Sự giám sát và sự kết hợp được thực hiện bởi máy vi tính

Máy phay CNC

của trạm (cell-computer). Cấu trúc của một cụm sản xuất được mô tả trong hình 1.10

dưới đây. Máy

robot

tiện

Máy khoan

tọa độ

CNC

Bảng điều khiển

Trung tâm gia công

Trạm pallet và chứa chi tiết

Hình 1.10 Cụm sản xuất linh hoạt

1.4.6  Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS –  F lexible Manufacturing System).

Hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm các cụm sản xuất, mà mỗi cụm có một robot phục vụ cho một số các máy CNC, hay các máy hoạt động đơn lẻ khác như máy kiểm tra, máy hàn, máy gia công tia lửa điện EDM (Electrical Discharge M achining). Các cụm sản xuất này được đặt dọc theo các hệ thống truyền tải  trung tâm, chẳng hạn như băng tải đai hay băng tải con lăn, nơi phôi và chi tiết di chuyển trên đó. Việc sản xuất ra một chi tiết đòi hỏi việc gia công thông qua sự một sự kết hợp khác nhau của các cụm sản xuất. Khi phôi đi đến một cụm được yêu cầu, nó sẽ được robot tương ứng của cụm gắp và đưa vào máy CNC. Sau khi gia công xong ở cụm này, robot sẽ trả chi tiết bán thành phẩm hay chi tiết thành phẩm này về băng tải. Chi tiết này sẽ di chuyển trên băng tải đến một cụm gia công tiếp theo, nơi mà việc gia công chi tiết này lại được tiếp tục. Sự hoạt động như vậy ở mỗi cụm sẽ được lặp đi lặp lại cho đến kết thúc quá trình gia công. Chi tiết thành phẩm có thể được đưa đến trạm kiểm tra tự động và sau đó được đưa ra khỏi hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS). 1.4.7   Hệ thống sản xuất tổng hợp (CIM –  Computer I ntegr ated Manufacturing) .

Với sự phát triển của các họ máy NC, CNC, DNC, của các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, của kỹ thuật người máy và các phần mềm CAD/CAM, các phần mềm điều khiển tự động của máy tính đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống sản xuất tổng hợp vào năm 1978. Hệ thống CIM là hệ thống tổ chức theo cấp bậc. Trong khi các máy CNC thay thế sức lực và kỹ năng cho con người thì hệ thống CIM thay thế sự thông minh và trí tuệ của con người. Cấu trúc theo cấp bậc của hệ thống CIM được biểu diễn trên hình 1.11. 7

Máy tính giám sát của hệ thống CIM Cơ sở  dữ liệu chung

CAD/CAM

Lắp ráp tự động

FMS

Kiểm tra tự động Sản phẩm

Phôi

Cụm SX linh hoạt

DNC

Bộ phận vận chuyển

Trạm lắp ráp

Đi u khi n Bằng máy

Robot

công nghiệp

vi tính

Hình 1.11 Hệ thống sản xuất tổng hợp

1.5 Một số khái niệm và qui ước cơ bản trong máy NC và CNC.

* Như đã trình

bày ở trên, máy NC và CNC khác với máy thông

thường ở chỗ chúng được điều khiển thông qua chương trình được lập sẵn, do vậy cần qui định hệ tọa độ cho các loại máy điều khiển theo chương trình số. + Ba trục chuyển động chính được ký hiệu là các trục X, Y, Z. + Trục Z vuông góc với hai trục còn lại để tạo nên hệ trục tọa độ vuông góc theo qui tắc bàn tay phải. (hình 1. 12). Trục Z

Hình 1.12 Qui tắc

thường được qui ước trùng với trục chính của máy. Chiều

 bàn tay phải

chuyển động dương theo phương Z sẽ là chiều làm dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết gia công . (hình 1.13).

a.

Máy phay, khoan trục đứng

b.

Máy phay trục ngang

c.

Máy tiện

Hình 1.13 Hệ tọa độ thiết lập cho một số loại máy  NC, CNC. 8

+ Trục X thường được chọn là trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy NC, CNC (Vd: đối với các máy phay, khoan NC, CNC). (hình 1. 13). + Trục Y là trục vuông góc với hai trục còn lại theo nguyên tắc bàn tay phải. (hình 1. 13). * Trên máy NC, CNC tồn tại các hệ

thống trục tọa độ. Các hệ thống này có các trục song song

nhưng tâm của các hệ thống tọa độ này có các vị trí khác nhau. Dưới đây là một số các hệ thống tọa độ (chuẩn) quan trọng  (hình 1.14): + M: chuẩn máy – là chuẩn được thiết lập trước bởi nhà sản xuất và không thay đổi được. + W: chuẩn chi tiết – dùng làm gốc tọa độ làm việc trong quá trình gia công. Chuẩn này có thể thay đổi được. + P: chuẩn thảo chương – là chuẩn để lập chương trình gia công. Chuẩn thảo chương có thể trùng hoặc không trùng với chuẩn chi tiết và có thể thay đổi được.  phôi

Hình 1.14 Các chuẩn máy M, chuẩn chi tiết W

và chuẩn thảo chương P trên máy tiện. * Máy NC sử dụng phần cứng điện tử dựa trên công nghệ mạch số để điều khiển máy. CNC được phát triển sau sử dụng các vi máy tính hoặc vi điều khiển, kết hợp với các mạch phần cứng khác để điều khiển máy . + Bộ điều khiển dựa trên phần cứng của máy NC sử dụng các xung để điều khiển máy. Mỗi xung sẽ tạo nên một lượng chuyển động là một suất đơn vị BLU (basic length unit) (khoảng di động nhỏ nhất đạt được của mỗi trục máy) trên một trục tương ứng. Như vậy, trong hệ thống này, một xung tương ứng với 1 BLU. xung = BLU

+ Đối với máy CNC, vì máy tính xử lý thông tin và lưu trữ dưới dạng từ nhị phân   (binary word), sự tăng hay giảm một bit của giá trị từ nhị phân sẽ tạo ra một chuyển động BLU của trục tương ứng. Bit = BLU

* Độ chính xác của máy NC, CNC phụ thuộc vào một thông số rất quan trọng; đó là suất đơn vị (BLU –  basic length unit). BLU là độ phân giải của hệ thống, là lượng dịch chuyển nhỏ nhất mà máy có thể thực hiện được trên mỗi trục. 9

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG TÍN HIỆU MÃ HIỆU 2.1 Phân loại tín hiệu. 

 Nếu dựa vào tính liên tục của tín hiệu, tín hiệu có thể phân làm hai loại chính: tín hiệu liên

tục và không liên tục: -

Tín hiệu liên tục : là loại tín hiệu được truyền đi từ vị trí này đến vị trí khác liên tục theo thời gian và là một hàm liên tục của thời gian.

-

Tín hiệu không liên tục: là loại tín hiệu rời rạc, ngắt quãng.

 Nếu căn cứ theo dạng tín hiệu, tín hiệu có thể phân làm hai loại chính: tín hiệu tương tự



(Analog) và tín hiệu số (digital): -

Tín hiệu tương tự : trong biểu diễn tươ ng tự, một đại lượng đượ c bi ểu diễn bở i một đại lượ ng khác mà nó t ỉ l ệ tr ực ti ếp v ới

đại l ượ ng ban đầu. Nh ư v ậy, tín hiệu t ươ ng t ự là

một hàm liên tục theo thời gian. -

Tín hiệu số : trong biểu diễn số, các đại lượ ng không đượ c biểu diễn bởi các đại lượ ng tỉ lệ tr ực tiếp mà đượ c biểu diễn bằng các con số. Tín hiệu số là tín hiệu rời rạc.

2.2 Hệ thống mã hiệu số. 2.2.1 Hệ thập phân  (decimal system). Hệ thập phân bao gồm mười chữ số (biểu tượng) từ 0 đến 9. Sử dụng những biểu tượng này làm các chữ

số của một số, chúng ta có thể biểu diễn bất kỳ đại lượng nào. Hệ thập phân còn

được gọi là hệ đếm cơ số 10 bởi vì nó có 10 chữ số. Hệ thập phân là một hệ thống giá trị phụ thuộc vị trí mà trong đó giá trị của một chữ số trong một số phụ thuộc vào vị trí của nó. Ví dụ, xét một số hệ thập phân: 234. Chúng ta biết rằng: chữ số 2 thực sự đặc trưng cho 2 trăm, chữ số 3 đặc trưng cho 3 chục, và chữ số 4 đặc trưng cho 4 đơn vị. Như vậy chữ số 2 mang giá trị lớn nhất và được gọi là chữ số có ý nghĩa nhất (MSD). Chữ số 4 mang giá trị nhỏ nhất và được gọi là chữ

số có ý nghĩa nhỏ nhất (LSD).

Đếm hệ 10: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 , 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19,

20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29…  2.2.2 Hệ nhị phân (binary system).

Thật không may, hệ thập phân không thuận tiện cho việc tính toán trong các hệ thống tính toán số. Ví dụ như: sẽ là rất khó để thiết kế một thiết bị điện tử mà có thể làm việc với 10 mức điện thế khác nhau (mỗi mức sẽ đặc trưng cho một chữ số từ 0 đến 9). Mặt khác, sẽ là rất dễ dàng để thiết kế các mạch điện chính xác, đơn giản mà có thể hoạt động được với chỉ hai mức điện thế. Vì lý do này, người ta sử dụng hệ đếm nhị phân sử dụng hai chữ số 0 và 1 (hệ đếm 10

cơ số 2). Cũng như hệ thập  phân, hệ nhị phân cũng có thể biểu diễn bất kỳ đại lượng đã cho nào nhưng với một số với nhiều chữ số hơn. Hệ thập phân 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

23=8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

22=4 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

21=2 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

20=1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

2.2.3 Hệ bát phân  (octal system). Hệ bát phân sử dụng tám chữ số 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, và 7 và được gọi là hệ đếm cơ số 8. Mỗi chữ số của hệ có thể nhận giá trị bất kỳ từ 0 đến 7. Ví dụ: 3728 = 3 x (8 2) + 7 x (8 1) + 2 x (8 0) = 25010

Đếm trong hệ bát phân: 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17

20 21 22 23 24 25 26 27… 2.2.4 Hệ thập lục phân  (hexadecimal system). Hệ thập lục phân sử dụng 16 ký tự 0, 1, 2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F (t ươ ng ứng với các chữ số 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 trong h

ệ thập phân) để biểu diễn

một đại lượng bất kỳ. Ví dụ: 1FE16 = 1 x (16 2) + 15 x (16 1) + 14 x (16 0) = 51010

2.3 Chuyển đổi giữa các hệ đếm. 2.3.1 chuyển đổi số thập phân sang các hệ khác: Muốn chuyển đổi một số thập phân sang một hệ có cơ số n bất ký, ta chia số đó cho n và ghi nhớ số dư; lấy thương số vừa thu được lại chia cho n và ghi nhớ số dư; và cứ làm như vậy cho đến khi thương số bằng 0 thì dứng lại. Số chuyển đổi cơ số hệ n thu được là một số bao gồm tất cả các chữ số dư với MSD là số dư sau cùng và LSD là số dư đầu tiên. 11



Chuyển đổi số thập phân sang nhị phân:

Ví dụ: biểu diễn số 810 trong hệ nhị phân: : 4 : 2 : 1 : 8

2 2 2 2

= = = =

4 2 1 0

dư dư dư dư

0

0 0 1

810 = 10002 

Chuyển đổi số thập phân sang bát phân:

Ví dụ: biểu diễn số 64 10 trong hệ bát phân: 64 : 8 = 8 dư 0 8 : 8 = 1 dư 0 1 : 8 = 0 dư 1 6410 = 1008 

Chuyển đổi số thập phân sang thập lục phân:

Ví dụ: biểu diễn số 256 10 trong hệ thập lục phân: 256 : 16 = 16 dư 0 16 : 16 = 1 dư 0 1 : 16 = 0 dư 1 25610 = 10016

 2.3.2 Chuyển đổi số nhị phân sang bát phân và ngược lại. Một thu ận l ợi l ớn c ủa h ệ

đếm bát phân là dễ dàng chuyển đổi sang số nh ị phân và ngượ c l ại.

Để chuyển đổi một số trong hệ bát phân sang h ệ nhị phân, mỗi chữ số của số bát phân s ẽ đượ c  biểu di ễn b ằng m ột s ố nh ị phân 3 bit t ươ ng

đươ ng c ủa h ệ nh ị phân. Và ngượ c l ại, để chuyển

đổi số nhị phân sang h ệ bát phân, ta lần lượ t tách từng cụm 3 bit của số này ; bắt đầu từ bit có ý ngh ĩa nhỏ nhất, sau đó biểu diễn từng cụm 3 bit này b ằng một chữ số tươ ng

ứng trong hệ

 bát phân.

Ví dụ: Biểu diễn số 273 8 sang hệ nhị phân. 2

7

3

010 111 011 2738 = 010111011 2 = 10111011 2 Ví dụ: biểu diễn số 10001100 2 trong hệ bát phân. 010

001

100

2 1 10001100 2 = 2148

4

2.3.3 Chuyển đổi số nhị phân sang thập lục phân và ngược lại. 12

Cách chuyển đổi giữa hệ thập lục phân và nh ị phân cũng tươ ng tự như chuyển đổi giữa hệ bát  phân và nhị phân. Nh ưng mỗi chữ số của hệ thập lục phân đượ c biểu diễn bởi một số nhị phân 4 bit t ươ ng ứng. Ví dụ: Biểu diễn số 9F216 trong hệ nhị phân: 9

F

2

1001 1111 9F216 = 100111110010 2

0010

Ví dụ: Biểu diễn số 111100101100 2 trong hệ thập lục phân: 1111

0010

1100

F 2 111100101100 2 = F2C16

C

2.4 Các hệ thống mã số  khác.  2.4.1 Hệ mã nhị - thập phân (BCD  code: binary-coded-decimal code ).  Nếu mỗi chữ số  của một số trong h ệ thập phân

được biểu diễn bởi một số nhị phân 4 bit t ươ ng

đươ ng, điều này sẽ tạo ra một mã được gọi là nhị thập phân (BCD). Ví dụ: biểu diễn số 87410 bằng mã nhị thập phân (BCD) 8

7

4

1000

0111

0100

87410 = 1000 0111 0100

(BCD)

(BCD)

 2.4.2 Mã Gray.

Mã Gray thuộc về một trong các loại mã đượ c gọi là các mã có sự thay đổi nhỏ nhất, mà trong

đó chỉ có một bit thay đổi trong nhóm mã đó khi nó chuy ển từ bướ c này sang bước tiếp theo. Mã thập phân

Mã nhị phân

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

Mã Gray 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000

13

 2.4.3 Mã bù nhị phân.

Xét một số nhị phân, nếu ta đảo giá trị của từng chữ số trong số nhị phân này, ta sẽ thu được một số được gọi là mã bù nhị phân. Ví dụ: số nhị phân 1001 sẽ có số bù nhị phân là 0110.  2.4.4 Mã Aiken.

Mã Aiken sử dụng 4 bit nhị phân để thể hiện số thập phân từ 0 đến 9, nhưng các giá trị của chúng có thứ tự 2 -4-2-1. Ta thấy: từ số 0 đến số 4 (tính theo hệ thập phân), mã Aiken giống mã nhị phân. Từ số 5 đến 9, mã Aiken có giá trị hơn mã nhị phân 6 đơn vị (tính trong hệ thập  phân).

Đặc điểm của mã Aiken là: hai số bù 9 (có tổng bằng 9) có các bit đảo nhau: Ví dụ: 310

được biểu diễn bằng mã Aiken là 0011, thì số 6 10 (số cộng với 3 bằng 9) có mã Aiken là

1100.

 2.4.5 Mã Nadler.

Mã Nadler cũng dùng 4 bit với giá trị của chúng theo thứ tự là 5 -1-2-1. Từ số 1 đến số 3 (tính theo thập phân) mã này giống với mã nhị phân. Từ số 4 đến số 8, chúng lớn hơn mã nhị phân 3 đơn vị.  2.4.6 Mã stibitz.

Mã này cũng dùng 4 bit để biểu diễn một đại lượng. Mã này lớn hơn mã nhị phân 3 đơn vị. Để có số bù 9 của một số, ta cũng làm tương tự như với mã Aiken. Mã thập phân 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Mã nhị

Mã bù nhị

phân

phân

8421 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

Mã Aiken

Mã Nadler

Mã Stibitz

15-8421

2421

5121

8421-3

1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110

0000 0001 0010 0011 0100 1011 1100 1101 1110 1111

0000 0001 0010 0011 0111 1000 1001 1010 1011 1111

0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100

14

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN MÁY NC VÀ CNC A. MÁY NC 3.1 Phân loại hệ thống điều khiển  máy NC: * Hệ thống điều khiển máy NC được chia làm hai loại chính: - Máy NC điều khiển theo điểm và theo đoạn - Máy NC điều khiển theo đường. * Xét về mặt tính chất điều khiển, ta có thể phân loại máy NC thành hai loại: - Máy NC có hệ thống điều khiển hở  - Máy NC có hệ thống điều khiển vòng kín.

Bộ Phận điều khiển a. Hình 3.1 mô tả cấu trúc cơ bản của một máy NC. * Hệ thống NC điều khiển hở (hình 3.2) sử dụng động cơ bước cho truyền động bàn máy. Sử dụng động cơ bước là cách đơn giản nhất để chuyển các xung điện thành lượng di chuyển tỉ lệ và cung cấp một giải pháp tương đối rẻ tiền cho việc điều khiển máy. Vì không có hồi tiếp từ vị trí trượt, độ chính xác của hệ thống phụ thuộc vào tính năng của động cơ bước được sử dụng. Bàn máy

Động cơ  bước

Truyền động cơ khí

Hình 3.2 H NC điều khiển hở. 15

* Hệ NC điều khiển vòng kín (hình 3.3) sử dụng các động cơ điện servo một chiều. Hệ điều khiển này đo lường vị trí và vận tốc thực của động cơ và đem các giá trị đó so sánh với các giá trị mong muốn thông qua đường hồi tiếp. Nếu tín hiệu là khác nhau, tín hiệu sai lệch sinh ra và tiếp tục điều khiển động cơ cho đến khi hai tín hiệu này là bằng nhau. Bàn máy

Bộ so

Động cơ 

sánh

DAC

DC

Truyền động cơ khí

Hình 3.3 Hệ NC điều khiển  vòng kín. 3.1.1 Hệ thống điều khiển theo điểm và đoạn. a. Điều khiển theo điểm. Trong quá trình điều khiển điểm, khi có lệnh yêu cầu các bàn máy và các trục của máy đưa  phôi

hoặc dao đi đến vị trí mong muốn, các tín hiệu từ bộ điều khiển sẽ phát đi để điều khiển

riêng rẽ từng bàn máy hay trục để đạt được vị trí mong muốn đó mà không có mối quan hệ, ràng buộc giữa các trục hay bàn máy của máy cần điều khiển. Như vậy, trong quá trình điều khiển này, không có sự kiểm tra quĩ đạo đi từ điểm ban đầu cho đến điểm mong muốn. Vị trí cần xác định chính xác là vị trí (điểm) yêu cầu mà thôi. Đặc điểm của loại máy này là, trong quá trình điều khiển phôi hay dao vào vị trí gia công, dao không làm việc  (hình 3.4 b). Hệ thống điều khiển điểm được ứng dụng trong các máy khoan lỗ, hàn điểm, đột lỗ, đánh dấu định tâm…. a.

y

b.

D

B(x2,y2) E F

C

A(x1,y1)

x

Hình 3.4 sơ đồ điều khiển điểm. Hình 3.4 a thể hiện các quĩ đạo có

thể có mà bàn máy x và y thực hiện để mang phôi hoặc dao

từ điểm A(x1,y1) đến điểm B(x2,y2): 16

-

Trong trường hợp hai bàn máy không chuyển động cùng lúc: quĩ đạo của nó đi từ A đến B

có thể là: + ACB + ADB -

Trong trường hợp hai bàn máy chuyển động cùng lúc: quĩ đạo của nó đi từ A đến B có thể

là: + AEB + AFB + AB

b. Điều khiển theo đoạn. Cũng như điều khiển theo điểm, điều khiển theo đoạn cũng không có sự phối hợp giữa các chuyển động khác nhau của máy. Sự khác biệt so với điều khiển điểm là khi điều khiển đoạn, dao cắt làm việc. Do không có sự phối hợp chuyển động giữa các bàn máy, nên đường gia công chỉ song song với một trong các hướng chuyển động: ví dụ: song song phương chuyển động của bàn máy y hay song song phương chuyển động của bàn máy x  (hình 3.5). Loại điều khiển này dùng cho dùng cho các máy phay rãnh, khoan, tiện trụ có bậc. a.

y

b.

B(x1,y2)

y2

y1

C(x2,y1)

A(x1,y1)

x x1

x2

Hình 3.5 sơ đồ điều khiển đo n. Hình 3.5 thể hiện các quĩ đạo có thể có mà máy có thể thực hiện tại một thời điểm bắt đầu từ điểm A(x1,y1) là: -

A  B : x1 không đổi

-

A  C : y1 không đổi

*  Sơ

đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển điểm và đoạn được thể hiện trên hình  3.6:

Trên sơ đồ này ta thấy số liệu hình dáng  và  số liệu công nghệ là cơ sở để tạo nên dữ liệu gia công . Các dữ liệu này phải được sắp

đặt và biểu diễn theo một qui tắc nào đó; đó là công việc

lập chương trình. Chương trình đã được lập phải được ghi trên băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ… nhờ vào cơ cấu ghi; và ta có chương trình lưu trên các thiết bị lưu trữ. Như vậy, từ lưu đồ từ  số liệu hình dáng và công nghệ cho đến chương trình là phần thao tác bên ngoài và không liên 17

quan đến máy. Các khâu kế tiếp của chuỗi điều khiển này thuộc về bên trong máy và được gọi là phần xử lý dữ liệu bên trong. Số liệu công nghệ

Số liệu hình dáng

Dữ liệu gia công Lập chương trình

Cơ cấu mã hóa Bên ngoài

Chương trình

Xử lý dữ liệu Bên trong

Cơ cấu đọc

Cơ cấu giải mã Tín hiệu hành trình

Tín hiệu khởi động

Cơ cấu chuyển đổi Cơ cấu so sánh Cơ cấu khuyêch đại

Cơ cấu so sánh T.bị đo hành trình

Cơ cấu khuyếch đại

T.bị đo hành trình

Bàn máy

Động cơ điều khiển

trục y

Động cơ điều khiển

y

x

Bàn máy trục x

Hình 3.6 sơ đồ cấu trúc điều khiển theo điểm và đo n. Chương trình lưu trên thiết bị nhớ được máy “hiểu” nhờ vào cơ cấu đọc và cơ cấu giải mã . Cơ cấu đọc sẽ chuyển những thông tin, dữ liệu trên thiết bị nhớ dưới dạng tín hiệu số cho cơ 18

cấu giải mã. Cơ cấu giải mã sẽ chuyển những tất cả các tín hiệu số đó thành tín hiệu điều khiển máy bao gồm hai loại tín hiệu: tín hiệu hành trình  và tín hiệu khởi động . Tín hiệu khởi động có tác động tắt mở các cơ cấu hoạt động. Tín hiệu hành trình được đưa đến cơ cấu so  sánh thông qua hành trình

cơ cấu chuyển đổi . Cơ cấu chuyển đổi ở đây có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu

thành một dạng tín hiệu giống với tín hiệu vị trí tức thời của bàn máy mà thiết bị

đo hành trình đưa về cơ cấu so sánh để so sánh trong đó tín hiệu hành trình sẽ là tín hiệu chuẩn được xác định từ chương trình. Nếu hai tín hiệu này khác nhau, cơ cấu so sánh sẽ phát tín hiệu sai lệch và thông qua cơ cấu khuyếch đại để tiếp tục điều khiển động cơ truyền động  bàn máy cho đến khi hai tín hiệu này giống nhau, tức là bàn máy đã đạt đến vị trí xác lập từ chương trình, cơ cấu so sánh ngừng phát tín hiệu sai lệch và bàn máy dừng lại. 3.1.2 Hệ thống điều khiển theo đường. Hệ thống điều khiển theo đường là hệ thống điều khiển có sự phối hợp chuyển động giữa các  bàn máy hay giữa các trục để tạo nên một chuyển động tương đối giữa phôi và dao theo một đường có hình dáng bất kỳ.

Hình 3.7 Điều khiển theo đường.  Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển đường  được thể hiện trên hình  3.8: nói chung sơ đồ này giống với sơ đồ của hệ thống điều khiển điểm và đoạn. Điểm khác biệt ở chỗ, trong sơ đồ điều khiển đường có sử dụng thêm cơ cấu nội suy . Cơ cấu nội suy có chức năng tìm ra các điểm trung gian cho phép hình thành nên một biên dạng trong dung sai cho  phép.

Tuỳ thuộc vào vị trí của cơ cấu nội suy ở bên trong, hay bên ngoài phần xử lý dữ liệu mà ta có thể phân hệ thống điều khiển theo đường thành hai loại: -

Hệ thống điều khiển theo đường với cơ cấu nội suy trong  (hình 3.8).

-

Hệ thống điều khiển theo đường với cơ cấu nội suy ngoài .

Dựa vào quĩ đạo gia công, cơ cấu nội suy ngoài dùng máy tính điện tử để tính toán và nội suy sẵn các vị trí trung gian và các thông số liên quan khác và sau đó ghi thẳng vào chương trình.

19

Trong khi đó, cơ cấu nội suy trong nằm trong máy và thực hiện công việc nội suy trực tiếp dựa trên quĩ đạo yêu cầu từ chương trình khi máy đang hoạt động. Số liệu hình dáng

Số liệu công nghệ

Dữ liệu gia công Lập chương trình

Cơ cấu mã hóa Bên ngoài

Máy tính

Chương trình

Xử lý dữ liệu Bên trong

Cơ cấu đọc

Cơ cấu iải mã Tín hiệu hành trình

Tín hiệu khởi động

Cơ cấu chuyển đổi Cơ cấu nội suy

Cơ cấu so sánh

Cơ cấu khuyêch đại

Cơ cấu so sánh

T.bị đo hành trình

T.bị đo hành trình

Cơ cấu khuyếch đại

Bàn máy

Động cơ điều khiển

trục y

Động cơ điều khiển

y

x

Bàn máy trục X

Hình 3.8 sơ đồ cấu trúc điều khiển theo đường. 3.2 Các thành phần trong hệ thống điều khiển máy NC. 20

3.2.1 Dữ liệu gia công. a. Xác định số liệu hình dáng. - Dựa trên số liệu hình dáng, tức các kích thước chi tiết, ta xác định tọa độ các điểm, đoạn hay

các đường quĩ đạo gia công. Ví dụ: từ bản vẽ chi tiết (hình 3. 9 a), ta biến đổi kích thước của chi tiết theo tọa độ (hình 3. 9 b).

a.

b.

Hình 3.9 Các dạng ghi kích thước bản vẽ. -

Trên cơ sở những yêu cầu đối với chi tiết gia công và dựa vào các điều khiển đã có của

máy, dao cắt và đồ gá, ta thiết kế qui trình công nghệ gia công. Trong khi lập qui trình này, ta lập thành bảng các số liệu cần thiết để gia công, tức là lập chương trình điều khiển quá trình gia công dưới dạng các mã hiệu. - Khi xác định số liệu, cần thiết lập

hệ thống tọa độ (chuẩn chi tiết, chuẩn thảo chương) .

b. Xác định số liệu công nghệ . -

Số liệu công nghệ là những số liệu bổ sung cần thiết để tạo nên hình dáng của chi tiết gia

công, trong đó bao gồm cả những số liệu về tính năng kỹ thuật của máy. Trên cơ sở đó, ta có thể xác định các chế độ cắt để gia công chi tiết. -

Tất cả những số liệu hình dáng và số liệu công nghệ được tổng hợp lại trong một bảng kê

chương trình có số cột và số hàng được qui chuẩn hóa, để tiến hành biến đổi các số liệu thành mã hiệu.  3.2.2 Lập

chương trình.

Dựa trên dữ liệu gia công, người ta tiến hành lập chương trình. Thực chất của việc lập trình là chuyển nội dung dữ liệu gia công thành dữ liệu tương ứng ở dạng số mà máy có thể “đọc” và “hiểu” được. Dạng phổ biến nhất là mã nhị phân và các loại mã cũng dùng 2 b it 0 và 1. Các thiết bị lưu trữ chương trình này có thể là bìa đục lỗ, băng đục lỗ, đĩa từ… a. Bìa đục lỗ. Bìa đục lỗ là một dạng thiết bị nhớ mà trên đó nó lưu trữ chương trình gia công. Các vị trí có lỗ tương đương với tín hiệu 1 và các vị trí không có lỗ tương đương với tín hiệu 0. Trên bìa 21

đục lỗ, ngoài những dữ liệu về tọa độ gia công, còn có cả các thông tin về lượng chạy dao và vận tốc vòng trục chính.  (Hình 3.10).

Hình 3.10 Bìa đục lỗ. b. Băng đục lỗ. Băng đục lỗ (hình 3.11) cũng là một dạng thiết bị nhớ tương tự như bìa đục lỗ và được sử dụng rộng rãi trong những thập niên trước đây. Băng đục lỗ có thể được chế tạo từ giấy, nhựa, kim loại với kích thước được tiêu chuẩn hoá: ví dụ: băng 5 hàng lỗ có kích thước 17,4mm (châu Âu) và băng 8 hàng lỗ có kích thước 24,5mm (Mỹ).

Hình 3.11 Băng đục lỗ.

Hình 3.12 Cơ cấu đột lỗ.

Chương trình có thể được ghi lên băng nhờ một thiết bị ghi mã hiệu gọi là cơ cấu đột lỗ. Cơ cấu đột lỗ được thể hiện trên hình 3.12. Cơ cấu 1 quay sẽ kéo băng tịnh tiến một lượng  bằng khoảng cách của hai hàng lỗ. Khi cần đột lỗ, nam châm 3 sẽ hút cần đẩy 4 cho đến khi nó chạm vào vấu tì 5 của khung 6 và đầu của nó tì vào chốt đột lỗ 7. Cam 8 (có chu kỳ hoạt động trễ hơn cơ cấu 1 một ít) luôn quay và cứ mỗi chu ký nó lại tác động vào đòn bẩy 9 để nâng khung 6. Vì nam châm 3 đang hút cần đẩy 4 để nó tì vào chốt đột lỗ 7, nên đòn bẩy 9 nâng khung 6 thì cũng đồng thời nâng chốt 7 để đột lỗ. Ngược lại, nếu nam châm 3 không hút cần đẩy 4 thì mặc dù đòn bẩy 9 nâng khung 6 lên, nhưng cần đẩy 4 không tác dụng lên chốt đột lỗ 7. Băng có bao nhiêu hàng thì sẽ có bấy nhiêu chốt đột lỗ 7.

22

Ưu điểm cơ bản của loại thiết bị nhớ này là rẻ, các tín hiệu dễ kiểm tra , khả năng chứa tín hiệu lớn hơn và kích thước nhỏ hơn bìa đục lỗ. c. Băng từ .

Hình 3.13 Nguyên lý ghi chương trình trên băng từ.

Băng từ có mật độ chứa tín hiệu cao hơn nhiều so với bìa và băng đục lỗ. Nó thường được làm bằng nhựa có tráng một lớp chất nhiễm từ. Cách ghi

mã được thực hiện như sau: băng

từ (1) được kéo di động phía trước đầu từ (2) với một khoảng cách rất nhỏ. Dòng điện xung được dẫn vào cuộn dây của đầu từ, một từ trường xuất hiện sẽ làm cho  băng bị nhiễm từ. Các điểm của băng bị nhiễm từ tương đương với tín hiệu 1 và các điểm không bị nhiễm từ tương đương với tín hiệu 0 . Ưu điểm của loại cơ cấu mang chương trình này là dễ dàng tẩy xóa và ghi lại, dung lượng chứa lớn. Tuy nhiên nó dễ bị nhiễm bẩn, và môi trường làm việc cũng phải có tính chống bụi cao và khó kiểm tra các sai sót. Việc đọc tín hiệu trên băng từ là quá trình ngược lại của quá trình ghi.  3.2.3 Cơ cấu dọc .

-

Cơ cấu đọc là khâu đầu trong phần xử lý dữ liệu bên trong. Nhiệm vụ của nó là nhận (đọc)

và chuyển những tín hiệu đã chứa trong cơ cấu mang chương trình đến cơ cấu giải mã. -

Cơ cấu đọc của những chương trình bằng điện tử là những đầu từ. Cơ cấu đọc của những

chương trình băng, bìa đục lỗ có thể phân thành 3 loại: cơ khí, quang điện và khí ép.  3.2.3.1 Cơ cấu đọc bằng cơ khí .

Ở loại này, các mũi dò (1) luôn trượt trên các hàng lỗ của băng hoặc bìa mang chương trình (2). Ở những vị trí có lỗ, dưới tác dụng của lò xo nén (3), mũi dò (1) sẽ cắm vào lỗ, tiếp điểm (4) được khép kín, mạch điện của rơle (5) được nối liền làm cho nó họat động.  (Hình 3.14).

Hình 3.14 Cơ cấu đọc bằng cơ khí. 23

 3.2.3.2 Cơ cấu đọc bằng quang điện.

Cơ cấu đọc bằng quang điện được thể hiện trên hình 3.1 5. Hình a mô tả cấu tạo tổng quát của  bộ phận này; hình b mô tả nguyên lý đọc.  Nhờ trục cuốn băng (1), băng đục lỗ 2 được kéo qua đầu đọc 3. Đầu đọc (3) bao gồm một nguốn sáng (4) phát ánh sáng đi qua khe hở của tấm chắn 5 và các lỗ của băng đục lỗ (2), tác dụng vào các quang trở 6 để tạo thành tín hiệu đưa về cơ cấu giải mã (7). Quang trở nào nằm ở vị trí lỗ sẽ cho tín hiệu 1, và ở vị trí không có lỗ sẽ cho tín hiệu 0. Cơ cấu đọc quang điện được dùng phổ biến nhất vì nó đọc nhanh, kết cấu đơn giản.

a. b. Hình 3.15 Cơ cấu đọc bằng quang điện.  3.2.3.3 Cơ cấu đọc bằng khí nén. Băng hoặc bìa đục lỗ 1 di trượt trên đầu vòi phun khí nén 2. Nếu có một lỗ đang nằm ngay trên đầu vòi phun, áp suất ở trong ống phun giảm xuống. Lực lò xo 3 sẽ thắng lực khí nén và đẩy tiếp điểm 4 đóng mạch. Ngược lại, khi không có lỗ, áp suất trong ống phun cao sẽ thắng lực lò xo 3 và đẩy tiếp điểm 4 ra, làm hở mạch. (hình 3.16).

Hình 3.16 Cơ cấu đọc bằng khí nén.  3.2.4 Cơ cấu giải mã phân phối .

Cơ cấu giải mã làm công việc ngược với công việc của cơ cấu mã hóa; có nghĩa là nó biến đổi các tín hiệu mã hóa thành các tín hiệu điều khiển tương ứng trong các xích điều khiển. Cơ cấu giải mã có cấu tạo phụ thuộc vào cách mã hóa và loại mã sử dụng để mã hóa tín hiệu. 24

Hình 3.17 Cơ cấu giải mã bằng rơle. Cấu tạo của cơ cấu giải mã bằng rơle (hình 3.17) bao gồm các quang trở (1) cảm nhận các tín hiệu từ băng đục lỗ để đóng ngắt các rơle (2). Trong trường hợp này sử dụng 4 rơle A, B, C, D với các tiếp điểm thường mở a, b, c, d và thường đóng a , b , c , d  tương ứng của chúng để giải mã ra các số thập phân từ 0 đến 9.  3.2.5 Cơ cấu chuyển đổi .

Cơ cấu chuyển đổi là một cơ cấu có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ dạng này sang dạng khác. Cơ cấu chuyển đổi có hai loại số - tương tự (D/A) hoặc tương tự - số (A/D). a.

Cơ cấu chuyển đổi số - tương tự:

Cơ cấu chuyển đổi số tương tự có cấu tạo như hình 3.18: nếu lưới trở có n điện trở thì sẽ có 2 n giá trị có thể của ngõ ra tương tự V 0 tương ứng với 2n trạng thái kết hợp khác nhau của các vị trí của các tiếp điểm. Ở đây, các đại lượng được mã hóa dưới dạng nhị phân nên, nên để có các giá trị kề nhau của V 0 có độ tăng như nhau, các điện trở lưới có giá trị theo qui luật:

Điện trở  Giá trị tương ứng R 0

R/20

R 1

R/21

R 2

R/22

………

…………………

………

…

R n-1

R/2n-1

Hình 3.18 Cơ cấu chuyển đổi số - tương tự. 25

Dựa theo bảng trên, ta sẽ có giá trị điện thế ở ngõ ra là: V 0 

 R L V  R  R (2 1) R L n

(t n 1 2 n 1 t n 2 2 n 2 ...t 0 2 0 )  

Trong đó: các hệ số t 0, t1, t2, …, tn-1 thể hiện trạng thái của các tiếp điểm.

[3-0]

Hình 3.19 Cơ cấu chuyển đổi tương tự - số.

Chúng sẽ nhận một trong hai giá trị 0 và 1: tn-i = 0 khi tiếp điểm n -i nối đất,

và ngược lại tn-i = 1. b.

Cơ cấu chuyển đổi tương tự - số:

Mạch trên hình 3. 19 thể hiện một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số sử dụng các IC khuyếch đại thuật toán (OP. AMP). Mạch này là mạch của bộ chuyển đổi 4 bit, cần tới

Bộ mã hóa số

Các ngõ

ra số

16 IC khuyếch đại thuật toán cảm nhận (SA) có chốt (latches ). Trong suốt thời gian lấy mẫu, một ngõ ra sẽ tồn tại một và chỉ một ngõ ra của SA, phụ thuộc vào mức điện thế của tín hiệu vào này. Mười sáu xung liên tiếp được kích với từng xung lấy mẫu sẽ tạo ra tất cả các trạng thái kết hợp có thể của các mức (1) và  (0) trong suốt thời kỳ lấy mẫu T, với mỗi chuỗi xung đang được gán một mức tín hiệu nào đó.  3.2.6 Cơ

cấu nội suy bằng phần cứng trong máy NC 

* Một đòi hỏi chung của tất cả các hệ thống gia công là tạo ra chuyển động phối hợp của các trục được truyền động riêng lẻ để tạo ra được quĩ đạo dao tương đối với phôi. Điều này bao gồm việc tạo ra các tín hiệu mô tả hình dạng của chi tiết cần chế tạo và truyền chúng như là tín hiệu xung chuẩn đầu vào tới các vòng điều khiển tương ứng. Sự tạo ra những tín hiệu chuẩn này được thực hiện bởi các bộ nội suy. Các hệ thống NC chứa các bộ nội suy bằng  phần cứng mà bao gồm các mạch số, trong khi đó, các hệ thống CNC có bộ nội suy bằng phần mềm.

26

 3.2.6.1 Bộ

tích phân DDA (Digital differential analyzers

 p

integrator)

* Nguyên tắc hoạt động: tích phân số về cơ bản được thực hiện bởi các phép cộng liên tiếp sử dụng các phương pháp gần đúng hình chữ nhật hoặc hình thang. DDA trong các hệ thống NC sử dụng phương pháp gần đúng hình chữ nhật. t

Chúng ta giả thiết rằng có một biến p là hàm của thời gian t, như được minh họa trong hình 3.20. Phép tích phân số được thực hiện bởi việc tính gần đúng diện tích dưới đường cong như là tổng của các diện tích chữ nhật nhỏ, mà mỗi hình có

t

Hình 3.20 Phép xấp xỉ  bằng phương pháp số của một hàm liên tục

đáy t bằng nhau. Điều này cho ta viết được công thức sau: t



zt    pdt 

k 

 p Δt   i

[3-1]

i 1

0

Giá trị của z tại t = k.t được ký hiệu bởi z k , có thể được viết như sau: k -1

zt    p i Δt  p k Δt  

[3-2]

i 1

hay

z k   z k 1  Δz k  

[3-3]

Δzk   p k Δt  

[3-4]

trong đó * Như vậy, phép tích phân số được thực hiện theo 3 giai đoạn. + giai đoạn 1: tung độ p k  được tính bằng cách cộng gia lượng  p, hay trừ nó đi từ tung độ trước đó pk-1:  p k   p k 1  Δpk  

[3-5]

+ giai đoạn 2: gia lượng tích phân z được tính theo công thức [3-4], và sau cùng nó được cộng vào giá trị z trước đó theo phương trình [3-3]. * Bộ tích phân DDA hoạt động theo kiểu lặp lại ở tần số f được cung cấp bởi một đồng hồ tạo xung bên ngoài, với : f  

1 Δt

 

[3-6]

Trong mỗi lần lặp lại, các phép toán được cho bởi phương trình [3-4] và [3-5] sẽ được thực hiện.  Như chúng ta đã biết, các dữ liệu vào ra giữa các bộ tích phân DDA được truyền dưới dạng gia lượng 1- bit, và vì vậy, giá trị của  p và z phải là 1 và 0. Điều này có thể đạt được trong 27

 bộ DDA bằng cách chứa biến p trong một thanh ghi n - bit, và do đó giới hạn giá trị cho phép của p đến 2n, tức là:  p k   2 n

Gia lượng vào  p của bộ DDA được thêm vào bit có giá trị nhỏ nhất (Least-significant-bit  –  LSB ) của thanh ghi này – cũng được ký hiệu là thanh ghi p. Gia lượng ra z của bộ được tính với sự hỗ trợ của một thanh ghi phụ, được ký hiệu là thanh ghi q. Ở mỗi lần lặp lại, giá trị thứ k của p là pk  sẽ được cộng thêm vào với giá trị trước đó thứ k -1 của biến q là q k-1: q k   q k 1  p k   

[3-7]

 Nếu một giá trị mới thứ k của q là qk  lớn hơn giá trị (2n – 1), thì sự tràn xảy ra và z được tạo ra.

Ví dụ: nếu n=3, pk =6, và qk-1=4 thì phép cộng nhị phân được thực hiện như sau: +

qk-1 

+

 pk   qk  

z

1

100 110

Đồng hồ tần số f 

010

Thanh ghi q

 Như vậy, qk =2 và z=1 * Sơ đồ của bộ tích phân DDA được thể hiện trên  hình

Bộ cộng

z

3.21.

Một bộ tích phân DDA bao gồm hai thanh ghi n -bit, p và q và một bộ cộng nhị phân. Trong suốt một bước lặp, giá trị mới của pk  đạt được theo phương trình [35],

+ p Thanh ghi p - p

Hình 3.21 Sơ đồ bộ tích phân DDA

mà trong đó  p hoặc là 0 hoặc 1. Phép tích phân được thực hiện theo phương trình [3-7]

với sự hỗ trợ của bộ cộng mà nó cộng giá trị của hai thanh ghi p và q với nhau và ghi kết quả mới vào thanh ghi q. Các giá trị tràn của bộ cộng chính là các gia lượng z. Về mặt toán học, các gia lượng z này được cho bởi: Δz k  

 p k  2n

 

[3-8]

Bằng việc kết hợp [3-6] và [3-8], ta có: Δz k   C p k  Δt  

trong đó:

C 

f  2n

[3-9]

 

[3-10]

Biểu tượng của một bộ tích phân DDA được biểu diễn trên hình 3.22. f

+ t  p  –  p

z

f 0

Hình 3.22 Biểu tượng của bộ tích phân DDA 28

 Ngõ ra của DDA là một xung tràn z, mà có thể được nối với ngõ vào  p của các bộ tích  phân DDA khác để thiết kế ra các bộ phận nội suy mong muốn. Tần số ra trung bình f 0 của xung tràn z được tính bởi phương trình [3-9]:

 Δz    C p k      Δt   k 

f 0  

[3-11]

Ví dụ: Một phép tích phân với p là hằng số (có nghĩa là  p=0) được thực hiện bởi một bộ tích  phân DDA. Hãy tính ngõ ra z

tại 10 bước tích phân đầu tiên; biết bộ DDA chứa các thanh

ghi 3- bit mà được thiết lập giá trị ban đầu với p=5 và q=0.

Giải Sau lần lặp lại đầu tiên, giá trị của thanh ghi q là 5, theo phương trình [3-7]. Tại lần lặp thứ hai, giá trị của nó được tính theo hệ nhị phân như sau: + z

qk-1 

+

 pk   qk  

1

101 101 010

 Như vậy, qk =2 và z=1. Kết quả của 10 phép lập đầu tiên được cho trong bảng dưới đây, và giá trị của qk  được tính và biểu diễn theo hệ thập phân: STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

q 5 2 7 4 1 6 3 0 5 2

z 1 1 1 1 1 1

z 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6

 3.2.6.2 Các bộ nội suy bằng phần cứng trong máy NC 

Trong các hệ thống điều khiển đường, quĩ đạo gia công thường được tạo nên từ sự kết hợp của các đoạn thẳng và cung tròn. Chỉ cần xác định tọa độ điểm đầu, điểm cuối của mỗi đoạn và lượng chạy dao. Hoạt động tạo ra hình dạng được yêu cầu dựa trên các thông tin này được gọi là nội suy. Bộ phận thực hiện công việc nội suy được gọi là bộ nội suy. Bộ nội suy có nhiệm vụ tính toán, kết hợp chuyển động của các trục để tạo nên quĩ đạo gia công. Hai bộ nội suy thường thấy nhất trong thực tế là bộ nội suy đường thẳng và bộ nội suy cung tròn. a. Bộ

nội suy đường thẳng (bộ nội suy tuyến tính)

Khả năng để điều khiển chuyển động dọc theo một đường thẳng giữa các tọa độ đầu và cuối được gọi là nội suy đường thẳng. Nội suy đường thẳng có thể được thực hiện trong một mặt 29

 phẳng (2-D), sử dụng một hay hai trục chuyển động, hay trong không gian (3 -D), trong đó có chuyển động kết hợp của 3 trục. Trong chương này sẽ trình bày bộ nội suy 2 -D. Bộ nội suy 2 -D cung cấp các lệnh về vận tốc, tình bằng số xung trong một giây đồng thời cho cả hai trục, và duy trì tỉ số giữa các tần số xung cho cả hai trục bằng với tỉ số giữa khoảng cách gia tăng được yêu cầu. Ví dụ: xét trường hợp trong hình 3.23, quĩ đạo dao cần đi theo đường A B có phương trình dạng:

 b

y 

 b a

x

với a và b là các số nguyên a

Với b =3 và a = 5, gia lượng (số BLU trên mỗi giây) từ điểm A đến B lần lượt theo phương x

Hình 3.23 Đường thẳng AB

là 5 BLU, theo phương y là 3 BLU, trong đó, mỗi BLU tương đương với một xung ra. Bộ nội suy phải cung cấp 5 xung cho vòng điều khiển theo trục x , đồng thời cấp 3 xung cho vòng điều khiển theo trục y, nghĩa là, tỉ số giữa hai tần số này là 5:3. Quĩ đạo thực được thực hiện bởi bộ nội suy

bao gồm các gia lượng tình bằng BLU, và sai

số lớn nhất nhỏ hơn 1 BLU. Một bộ nội suy đường thẳng bao gồm 2 bộ DDA được thể hiện trên hình 3.24. Mỗi trục cần có một bộ tích phân DDA, bộ DDA thứ nhất cung cấp các xung cho trục x và bộ DDA

+ t 1 -  p=a

z

Trục x

+ t 2 - p=b

z

Trục y

clock

Hình 3.24 Bộ nội suy DDA tuyến tính

thứ hai cung cấp các xung cho trục y. Cả hai bộ hoạt động bởi một đồng hồ cấp xung chung, và vì thế các hoạt động đồng thời. Khoảng cách gia tăng cần thiết của mỗi trục được cấp bởi thanh ghi p trong mỗi DDA tương ứng. Các xung tràn từ ngõ ra ∆z được cấp cho các vòng điều khiển như là tín hiệu lệnh điều khiển. Những xung này có thể kích hoạt các động cơ  bước trong hệ thống hở, trong đó mỗi xung sẽ tạo ra một chuyển động bước, hay được đưa đến các hệ thống kín như là tín hiệu chuẩn. Giả thiết rằng, một đường thẳng AB cần được gia công, với lượng tăng a và b dọc theo các trục x và y tương ứng. Thanh ghi p của bộ DDA 1 được tải với a, và thanh ghi p của bộ DDA 2 được tải với b. Theo phương trình [3-9], các ngõ ra tương ứng sẽ là: ∆z1 = Ca ∆t 

[3-12]

∆z2 = Cb ∆t 

[3-13]

trong đó C được cho trong phương trình [3-10]. Tỉ số của tần số các ngõ ra là:

30

Δz1 Δt a    Δz 2  b Δt

[3-14]

và đảm bảo rằng quĩ đạo yêu cầu sẽ được tạo ra. Vị trí tức thời của x và y có thể được xác định bằng cách tích phân các phương trình [3-12] và [3-13]: x = Cat

[3-15]

y = Cbt

[3-16]

Ví dụ: một bộ nội suy tuyến tính DDA với các thanh ghi 3 bit tạo ra quĩ đạo được cho trên hình 3.23. Hãy xác định các xung ngõ ra ở 10 bước đầu tiên. Giải Thanh ghi p của trục x được tải với 5 và thanh ghi p của trục y được tải với 3. Phương trình [3-7]

được thực hiện đồng thời trong hai bộ tích phân DDA. Các xung ra được tạo ra mỗi khi

qk   8, và sau đó, phương trình: qk  = qk-1 + pk  - 23 

[3-17]

được thực hiện. Các k ết quả 10 bước đầu tiên được cho trong bảng dưới đây:

Bước tích  phân 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Bộ tích phân 1 q ∆z1

Bộ tích phân 2 q ∆z2

5 2 7 4 1 6 3 0 5 0

3 6 1 4 7 2 5 0 3 6

1 1 1 1 1 1

1

1 1

Chú ý rằng, sau mỗi 8 bước tích phân đầu t iên (hay 2n, trường hợp tổng quát), các thanh ghi q lại được reset, và một chu kỳ mới bắt đầu. Với việc sử dụng 2 bộ DDA cho trục x và y, tỉ số vận tốc giữa hai trục x và y có thể được duy trì. Mặt khác, để vận tốc chuyển động dọc theo quĩ đạo được ổn định, người ta dùng thêm một  bộ DDA thứ ba để điều khiển tần số của hai bộ DDA đầu tiên. Bộ DDA thứ ba này được xem như bộ DDA điều khiển tốc độ ăn dao, có 2 thanh ghi m bit. Thanh ghi của nó được gán giá trị FRN (coded feedrate number –  số được mã hóa của lượng chạy dao), được tính như sau: FRN 10

V L

 

[3-18]

31

trong đó V là lượng chạy dao, hay vận tốc tương đối của dao với phôi dọc theo quĩ đạo (số đơn vị chiều dài/phút). Chiều dài của quĩ đạo được tính với cùng đơn vị chiều dài của vận tốc: L  a 2  b 2  

[3-19]

Tần số ra của DDA thứ 3 này được xác định bằng cách thay thế [3-18], vào [3-11], và ta có: f 0  C  FRN 

10 V f  2m L

 

[3-20]

trong đó f là tần số xung đồng hồ ngõ vào của DDA thứ ba. Ngõ ra của thứ ba được nối vào ngõ vào đồng hồ của bộ DDA thứ nhất và hai tương ứng của trục x và y. theo [3-10], hằng số tích phân của những DDA này trở thành: C

f 0 2n



10 V f  2n 2m L

 

[3-21]

Vận tốc của các trục được cho bởi phương trình: [3-15] và [3-16]: Vx 

Δz1

Vy 

Δz 2

Δt

Δt

 Ca  

[3-22]

 C b  

[3-23]

Vậy, vận tốc thực theo quĩ đạo V L (số đơn vị chiều dài/giây ) được tính theo công thức: VL  Vx2  Vy2  C a 2  b 2  CL  

[3-24]

Thay [3-21] vào [3-24] , ta thu được: VL 

10 f  2 mn

V 

[3-25]

Vận tốc của quĩ đạo mong muốn chỉ đạt được nếu tần số xung đồng hồ ngõ vào của DDA thứ  ba được chọn theo giá trị: f 

2 m n 600

 

[3-26]

Đây là tần số xung không đổi của đồng hồ và có thể được hiệu chỉnh bởi nhà sản xuất máy  NC. b. Bộ

nội suy cung tròn:

Bộ nội suy cung tròn loại bỏ nhu cầu xác định nhiều điểm trên một cung tròn. Chỉ có các điểm đầu và điểm cuối và bán kính là cần được khai báo để tạo ra một cung tròn.

Để tạo ra một cung tròn, phương trình quĩ đạo sau đây cần được thỏa mãn:

Hình 3.25 Vòng tròn cần nội suy x 2 + y2 = r 2 

[3-27] 32

hay phương trình trên còn được biểu diễn dưới dạng phương trình tham số: x  r coswt  

[3-28]

y  r sin wt  

[3-29]

Vận tốc tương ứng của các trục là: vx 

dx

vy 

dy

dt

dt

  w r sinwt  

[3-30]

 w r coswt  

[3-31]

Lấy vi phân hai phương trình trên, ta có: x  Δp1  w r sinwt Δt  

[3-32]

y  Δp2  w r coswt Δt  

[3-33]

Mặt khác, theo …., gia lượng z1, z2 tương ứng với trục x và y được tính như sau: Δz1  C x Δt  w r coswt Δt   p 2  

[3-34]

Δz 2  C y Δt  w r sin wt Δt  - p1  

[3-35]

Do vậy, từ các mối quan hệ trên ta có cấu trúc của bộ nội suy đường tròn DDA như sau: -  p 2

w.r.sinwt dt

+

 p=r.sinwt  p

clock

Trục x

Hình 3.26 Bộ nội suy cung tròn  p=r.coswt -  p

+

1

Tr ục y w.r.coswt dt

3.2.6.3 Bộ nội suy hoàn thiện Một bộ nội suy hoàn thiện đòng vai trò vừa có thể là bộ nội suy đường thẳng và bộ nội suy cung tròn (hình 3.27) . Người lập trình xác định kiểu nội suy thông qua từ khóa G. Vận tốc dọc

theo quĩ đạo nội suy (hay lượng chạy dao) được điều khiển bởi DDA 3. Thanh ghi p của DDA 3 được tải vào giá trị FRN (feedrate number). FRN được tính theo công thức sau: + đối với nội suy đường thẳng từ điểm A đến điểm B có chiều dài L, với vận tốc dài V FRN 10

V L

 

[3-36]

+ đối với nội suy cung tròn từ điểm A đến điểm B có bán kính R, với vận tốc dài V FRN 10

V R 

 

[3-37]

Theo [3-20], tần số ra không đổi của DDA là: 33

f 0  

10 V f  2 m R 

 

[3-38]

Circular

∆t

+ 1 -  p

f

+∆t

- p=FRN3

linear

L

Trục x

C

f 0

+∆t -  p 2

L

Trục y

C Deceleration

Hình 3.27 Bộ nội suy hoàn thiện  3.2.7 Cơ cấu so sánh .

Cơ cấu so sánh có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu, một tín hiệu chuẩn mang giá trị mong muốn, và tín hiệu còn lại là tín hiệu thực. Vì có hai loại tín hiệu, nên có hai loại cơ cấu so sánh: cơ cấu so sánh tín hiệu tương tự và tín hiệu số.  3.2.7.1 Cơ cấu so sánh tương tự.

Loại cơ cấu này có ưu điểm là kết cấu đơn giản và giá thành rẻ. Hình 3.28a

thể hiện cấu tạo của cơ cấu so sánh dùng chiết áp. Cơ cấu này sử dụng hai chiết áp

a và hai con trượt b. Con trượt thứ nhất tạo ra điện thế U 1 mang giá trị mong muốn và con trượt thứ hai tạo ra điệnt thế U2 mang giá trị thực. Khi hai điện thế này khác nhau, sẽ sinh ra điện áp Ur  khác 0. Nếu U 2 có điện thế bằng với U1, Ur  = 0. a.

b.

Hình 3.28 Cơ cấu so sánh điện áp (tương tự). Tương tự, hình 3.28b thể hiện cơ cấu so sánh bán dẫn. Điện áp ra U r  phụ thuộc vào các điện áp vào U1 và U2

của cơ cấu so sánh này, trong đó, một trong hai điện áp vào sẽ là tín hiệu

chuẩn. 34

Ur  = k(U1 –  U2)

[3-39]

với k là hằng số phụ thuộc vào thông số của bán dẫn và điện trở R.  3.2.7.2 Cơ cấu so sánh tín hiệu số.

Hình 3.29 a trình bày

cấu tạo của bộ đếm nhị phân với 4 trigơ (trigơ là một phần tử điều khiển

ổn định ổn định một chiều; khi bi tác động bởi một xung điều khiển, nó sẽ chuyển sang một trạng thái ổn định khác –  hình 3.29 b) với 4 đầu ra a, b, c, d (theo thứ tự bit lớn dần); các đầu ra mang giá trị đảo

a’, b’, c’của các trigơ này lần lượt được nối vào cổng kích hoạt (cổng vào)

của bit mang giá trị lớn hơn. Với cấu tạo này, bộ đếm nhị phân 4 trigơ có thể đếm từ 0 đến 15 và sau đó lặp lại giá trị ban đầu. Một cơ cấu đếm khác tương đương sử dụng 4 Flip -Flop được mô tả trên hình 3.30.

c

d

 b c'

a  b'

a'

Hình 3.29 Cơ cấu đếm nhị phân 4 bit dùng 4 trigơ .

Hình 3.30 a Cơ cấu đếm nhị phân 4 bit dùng 4 Fli p-Flop. Số đếm thập phân

Hình 3.30 b Sự hoạt động của bộ đếm theo thời gian t.

Hình 3.30 c Bảng trạng thái của các ngõ ra theo thời gian .

35

 Nếu hai bộ đếm nhị phân như trên được dùng với chức năng: một bộ để nhận tín hiệu điều khiển – giá trị yêu cầu và một bộ lưu trữ giá trị đo tức thời được hồi tiếp từ các cơ cấu đo. Hai giá trị này được so với nhau. Nếu chúng giống nhau sẽ tạo nên tín hiệu trùng hợp –  tín hiệu 1 và nếu chúng khác nhau sẽ tạo nên tín hiệu 0 như hình 3. 31.

Hình 3.31 Mạch logic cơ cấu so sánh tín hiệu số .  3.2.8 Cơ cấu đo hành trình .

Công việc đo hành trình có thể phân loại dựa trên 3 cơ sở: - Phương pháp chuyển đổi dữ liệu: tương tự và số. - Phương pháp đo: tuyệt đối và tương đối. - Vị trí đo: trực tiếp và

gián tiếp.

Các phương án lắp đặt cơ cấu đo  (hình 3.32): -

Bộ cảm biến C đặt ở trục động cơ. Bộ cảm biến này sẽ biến đổi lượng quay tương ứng của

trục động cơ (tương đương với một lượng di động tương ứng của bàn máy) thành một tín hiệu hồi tiếp với giá trị tương ứng và đưa về bộ so sánh. -

Bộ cảm biến C đặt ở đầu vitme. Phương án này ưu việt hơn phương án trên ở chỗ nó không

chịu sai số truyền động giữa trục động cơ và trục vitme thông qua cặp bánh răng truyền động. - Bộ cảm biến C đặt trên bàn di trượt. Khi bàn máy di trượt mang theo thanh răng; thanh răng

sẽ làm cho bánh răng ăn khớp quay và làm cho cảm biến quay để đo lượng di động của bàn máy. -

Bộ cảm biến dịch chuyển lắp trên bàn trượt. Đây là phương pháp đo trực tiếp lượng di động

của bàn máy.

P.án 1

Hình 3.32 Các phương án lắp cơ cấu đo hành trình . 36

 3.2.8.1 Cơ cấu đo hành trình tương tự a.

tuyệt đối.

Cơ cấu đo hành trình bằng chiết áp di động thẳng:

Máy chiết áp gồm có một điện trở R thẳng với bộ phận trượt tiếp xúc mà có thể trượt từ đầu này đến đến đầu kia của điện trở như trên hình 3.33. Điện trở R 0 tượng trưng cho điện trở của  bộ phận trượt và đo điện thế v0. Khi một nguồn điện có điện thế cố định v R  được áp vào hai đầu của điện trở, con trượt của máy di động trên điện trở R sẽ làm thay đổi giá trị điện áp ra v 0 tương ứng. Xét mạch điện như trên hình 3.33: điện trở tổng của mạch là:  x R0 R ( L  x )  RT   ( L  x ) R   L  x R  L R0 Mối quan hệ giữa v0 và lượng di động x được biểu diễn bằng mối quan hệ sau:

[3-40]

 x R0 R  x R  L R0  v R  x R0 R ( L  x)  R   L  x R  L R0

vo 

vo 

[3-41]

vR R0 x L

[3-42]

 R0 L2  L R x  R x 2

Từ mối quan hệ này, ta có thể xác định được vị trí của đối tượng cần đo.

Cơ cấu này được gắn với máy như hình 3.34, trong đó con trượt sẽ được gắn cố định trên bàn máy.

Hình 3.33 Chiết áp di động thẳng.

Hình 3.34 Sơ đồ lắp chiết áp trên bàn máy.  Nếu điện trở R 0 rất nhỏ thì v0 = b.

 x  L

 vR  

[3-43]

Cơ cấu đo hành trình bằng  sensyn ( máy phát đồng bộ ). 37

Sensyn hoạt động theo nguyên tắc máy phát xoay chiều kiểu cảm ứng. Nó có hai cuộn dây: một cuộn 3 pha đặt ở stato và một cuộn một pha đặt ở roto. Cơ cấu đo hành trình bằng sensyn sử dụng 2 sensyn, một đóng vai trò như sensyn phát (CX) và một đóng vai trò như sensyn thu (CT) (hình 3.35).

Hình 3.35 Cơ cấu đo hành trình bằng sensyn. Trong đó  là góc lệch giữa hai trục của hai sensyn. a.  = 00  b.  = 900 c.  = -1800

 Nếu ta áp một điện thế xoay chiều ein = Em sint vào cuộn dây roto của sensyn phát CX thì điện áp của roto của sensyn thu là: eout = (Emcos) sint

[3-44]

trong đó: Em = biên độ lớn nhất  = góc lệch giữa hai trục của roto

của sensyn phát và thu

 = tần số của điện thế xoay chiều được áp vào roto phát. 38

Dấu và biên độ của số hạng (E OUT=Emcos) được quyết định bởi góc lệch  như được thể hiện trên hình 3.36 . Phần đồ thị tuyến tính cho các giá trị góc  từ 200 đến 1600. Biên độ của Eout tỉ

lệ thuận với lượng chuyển vị góc.

Hình 3.36 Biên độ EOUT thay đổi theo góc lệch giữa hai trục. c. Cơ cấu đo hành trình bằng cảm ứng (Resolver) .

Resolver có đặc điểm về cấu trúc tổng quát giống như các động cơ AC cỡ nhỏ. Chúng bao gồm một roto và một stato, mà cả hai đều có hai cuộn dây vuông góc nhau, như được  minh họa trên hình …. Trong các hệ thống NC, resolver được sử dụng như là thiết bị đo lường vị trí, và được gắn vào trục vítme của bàn máy. Hai cuộn dây của stato được kích hoạt bởi các tín hiệu hình sin có cùng tần số và biên độ nhưng lệch pha nhau 90 o, được biểu diễn bởi phương trình: v1(t) = V cos t

[3-45]

v2(t) = V sin t

[3-46]

Tín hiệu ra của roto bao gồm hai thành phần vo1(t) = v1 sin  + v2 cos  

[3-47]

vo2(t) = v1 cos  –  v2 sin  

[3-48]

Thay [3-45] và [3-46] vào [3-47] và [3-48], ta có vo1(t) = V sin (t + )

[3-49]

vo2(t) = V cos (t + )

[3-50]

trong đó trong đó:  = 2f,

f : là tần số điện thế kích hoạt, : góc lệch giữa roto và stato ,

V: biên độ điện thế kích hoạt. Trong ứng dụng đo lường vị trí của các hệ thống NC, người ta chỉ sử dụng tín hiệu điện thế từ một cuộn dây của roto, chẳng hạn tín hiệu v o1(t). 39

Khi roto quay đều với vận tốc góc o, điện thế ra của resolver được tính như sau: vo1 = V sin[( + o)t + o]

[3-51]

trong đó:  = 2f, f : là tần số điện thế kích hoạt, o: là vận tốc góc trung bình của roto, o: góc tích lũy trong trạng thái quá độ cho đến khi đạt đến trạng thái ổn định.

Số hạng (ot + o) trong phương trình trên đặc trưng cho vị trí của bàn máy, và o tỉ lệ với vận tốc của trục bàn máy  3.2.8.2 cơ cấu đo hành trình số. a.

Cơ cấu đo hành trình số - trực tiếp.

Cơ cấu đo hành trình trực tiếp bao gồm một bộ phận đọc được gắn vào bên hông t hân máy và cố định, còn thước vạch chuẩn sẽ được gắn chặt vào bàn máy di động (hình 3.37). Khi động cơ quay, trục vítme quay làm cho bàn máy di động mang theo thước vạch. Như vậy lượng di động của bàn máy sẽ được phản ánh qua cơ cấu đo một cách trực tiếp. Nếu vị trí của bàn máy được mã hóa cụ thể trên thước vạch  (hình 3.38b), ta có cơ cấu đo số – trực tiếp – tuyệt đối vì qua cơ cấu này, ta biết ngay được vị trí của bàn máy. Nếu thước đo chỉ

Hình 3.37 Cơ cấu đo hành trình số - trực tiếp.

 bao gồm một hàng các vạch, các lỗ (hình 3.38a) thì khi bàn máy d i động, cơ cấu đọc sẽ phát về bộ phận điều khiển một số lượng xung nào đó tương ứng với lượng động vừa thực hiện tính từ vị trí trước đó của bàn máy mà không xác định được ngay vị trí tuyệt đối của bàn máy a. b. so với hệ tọa độ chuẩn.

Hình 3.38 Cơ cấu đo sử dụng thước vạch tương đối và tuyệt đối.

40

b.

Cơ cấu đo hành trình số - gián tiếp.

Cơ cấu đo hành trình số gián tiếp được mô tả trên hình 3.3 9.

Hình 3.39 Cơ cấu đo hành trình số - gián tiếp. Cơ cấu đo hành trình số gián tiếp sử dụng một cơ cấu đọc gắn cố định trên thân máy và một đĩa vạch chuẩn được gắn cố định trên trục vítme. Khi động cơ quay, trục vítme quay, làm cho đĩa vạch chuẩn quay theo. Như vậy lượng di động của bàn máy được phản ánh gián tiếp qua góc quay của trục vítme cũng là góc quay của đĩa. Cũng tương tự như trên, nếu các vị trí của  bàn máy được mã hóa cụ thể trên đĩa, ta có cơ cấu đo số - gián tiếp – tuyệt đối (hình 3.40 b), vì thông qua cơ cấu này, dù máy đang ở vị trí nào, ta cũng biết được ngay vị trí tuyệt đối của nó so với hệ tọa độ chuẩn. Còn nếu trên đĩa chỉ có một hành vạch, hay lỗ  (hình 3.40 a), thì chúng ta có cơ cấu đo số  - gián tiếp – tương đối, vì với một lượng di động của bàn máy tương ứng với một góc quay nhất định, cơ cấu đọc sẽ phát ra một số xung tương ứng cho biết lượng di động của bàn máy so với vị trí trước đó.

Hình 3.40 đĩa  mã hóa tương đối và tuyệt đối. a.

b.

B. MÁY CNC 3.3 Khái niệm về CNC. *

Khác với hệ điều khiển NC mà trong đó bao gồm các mảng linh kiện điện tử được xác định

nhiệm vụ một cách riêng rẽ, hệ điều khiển CNC sử dụng máy vi tính (C)  bao gồm bộ vi xử lý, ROM, RAM, các mạch giao tiếp, các bộ nhớ  ngoại vi khác, kết hợp với các mạch chuyển đổi, mạch khuyếch đại… để thực hiện tất cả các chức năng điều khiển số như máy NC. Một trong những mục tiêu của hệ thống CNC là thay thế các phần cứng của máy NC bằng các  phần mềm để đơn giản hóa phần cứng điều khiển máy; ví dụ như: bộ nội suy cứng của máy  NC

được thay thế bởi phần mềm (thủ tục, hàm) nội suy, các bộ so sánh cứng của máy NC

cũng được thay thế bởi phần mềm (thủ tục, hàm) so sánh…. 41

* Một phần mềm của hệ CNC bao gồm ít nhất ba phần chính: phần soạn thảo chương trình gia công, phần hỗ trợ, và phần điều khiển. Phần soạn thảo chương trình giúp tạo ra một chương trình với việc mô tả hình học, các điều khiển cắt, đóng ngắt trục chính…. Phần hỗ trợ giúp kiểm tra, mô phỏng chương trình. Phần điều khiển giúp thu nhận và đọc chương trình như là tín hiệu đầu vào để điều khiển chuyển động của các trục. Trong tất cả các hệ thống CNC , chương trình điều khiển thực hiện nội suy, điều khiển tốc độ cắt, tốc độ trục chính…. * Có hai kiểu hệ CNC: kiểu xung chuẩn (reference - pulse) và kiểu lấy mẫu (sampled-data). + Hệ CNC sử dụ ng kỹ thuậ t xung chuẩn: Hình 3.41

mô tả một sơ đồ khối của hệ CNC một trục sử dụng kỹ thuật xung chuẩn. Trong

thực tế, đối với máy CNC có nhiều trục thì mỗi trục chuyển động được điều khiển bởi các vòng điều khiển giống nhau mà được nối với máy vi tính bởi hai đường, một cho chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ và một cho chiều chuyển động ngược chiều kim đồng hồ. Trong hình 3.41,

Encoder là bộ mã hóa đóng vai trò là thiết bị hồi tiếp; up -down counter là bộ đếm

đóng vai trò là bộ so sánh giữa hai chuỗi xung: xung chuẩn từ máy vi tính và xung hồi tiếp từ  bộ phận mã hóa. Sự sai lệch giữa hai tín hiệu này sẽ tạo ra tín hiệu sai lệch vị trí mà nó lại được chuyển đổi thành một mức điện thế bởi bộ chuyển đổi số -tương tự (DAC) để truyền động máy. K hi tín hiệu chuẩn trùng với tín hiệu hồi tiếp, tín hiệu sai lệch bằng 0 và trục tương ứng sẽ dừng lại. Cơ cấu đọc

Bàn máy

Bộ so

C

sánh

DAC

Truyền động

Bộ mã hóa số (encoder)

Các xung hồi tiếp Clock

Hình 3.41 Sơ đồ khối hệ CNC sử dụng kỹ thuật xung chuẩn. Cơ cấu đọc

Bàn máy

f s

C

f s Clear

Clock

DAC

Truyền động

Bộ đếm

Các xung hồi tiếp

Bộ mã hóa số

Hình 3.42 Sơ đồ khối hệ CNC sử dụng kỹ thuật lấy mẫu.

3.4 Máy vi tính (Microcomputer- C).

42

*

Trong hệ thống điều khiển của máy CNC, máy vi tính (microcomputer) thông qua phần

mềm để điều khiển các hoạt động của máy. Do vậy, để hiểu rõ hơn hệ điều khiển CNC, cần tìm hiểu cấu trúc cơ bản của một microcomputer (máy vi tính).  3.4.1 Tổ chức hệ thống của một máy

tính cơ bản:

Mỗi máy tính số chứa 5  phần tử cơ bản: bộ logic/ số học  (ALU), bộ điều khiển,  bộ nhớ, cụm vào, cụm ra. Sự liên kết cơ bản của những bộ phận này được thể hiện trên hình 3.43. Các mũi tên

trong sơ đồ này chỉ ra

hướng mà dữ liệu, dòng thông tin hay các tín hiệu điều khiển đi theo. 

Bộ

logic/

(Arithmetic/logic ALU là

số

học unit):

một bộ phận của

Hình 3.43 Cấu trúc cơ bản của máy tính.

CPU mà trong đó các phép toán logic và số học được thực hiện trên các dữ liệu. Kiểu phép toán mà được thực hiện bởi ALU thì được quyết định bởi các tín hiệu từ bộ điều khiển (mũi tên 1). Dữ liệu mà được tính toán bởi ALU có thể đến từ bộ nhớ (mũi tên 2) hoặc từ cụm vào (mũi tên 3).  Bộ nhớ  (Memory unit): Bộ nhớ chứa các nhóm số nhị phân mà có thể đặc trưng cho các câu

lệnh (chương trình) mà máy tính sẽ thực hiện và đặc trưng cho dữ liệu mà có thể được tính toán bởi chương trình này. Bộ nhớ cũng hoạt động như là kho lưu trữ cho các kết quả tính số học trung gian hoặc cuối cùng (mũi tên 4). Hoạt động của bộ nhớ được điều khiển bởi bộ điều khiển (mũi tên 6). Một vị trí đã cho trong bộ nhớ được truy cập bởi bộ điều khiển, cung cấp mã địa chỉ tương ứng (mũi tên 7). Các thông tin được ghi trong bộ nhớ từ ALU (mũi tên 4) hoặc từ cụm vào (mũi tên 8) dưới sự điều khiển của bộ điều khiển. Các thông tin có thể đọc từ  bộ nhớ để đi đến ALU (mũi tên 2) hoặc cụm ra (mũi tên 9).  Cụm nhập (Input unit): Bộ phận này bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng để nhận thông

tin và dữ liệu bên ngoài máy tính và đưa chúng vào bộ nhớ (mũi tên 8) hoặc ALU (mũi tên 3). Bộ điều khiển sẽ quyết định nơi mà các thông tin hay dữ liệu này được gởi đến (mũi tên 10). 

Cụm xuất (Output unit): Bộ phận này bao gồm các thiết bị được sử dụng để truyền dữ liệu

và thông tin từ máy tính ra “thế giới bên ngoài”. Các thiết bị của cụm xuất được điều khiển 43

 bởi bộ điều khiển (mũi tên 12) và có thể nhận dữ liệu từ bộ nhớ (mũi tên 9) hoặc từ ALU (mũi tên 5), mà được xuất ra 

thành dạng thích hợp cho sử dụng bên ngoài.

Giao tiếp (Interfacing): Khía cạnh quan trọng nhất của các bộ phận vào ra liên quan đến

giao tiếp mà có thể được định nghĩa như là sự nối kết của các thiết bị khác sao cho chún g có thể thực hiện chức năng theo kiểu kết hợp và tương thích. Giao tiếp máy tính thì có thể được định nghĩa rõ hơn như là sự đồng bộ hóa giữa việc truyền thông tin số giữa máy tính và các thiết bị vào/ra. 

Bộ phận điều khiển: chức năng của bộ phận điều khiển là để điều khiển tất cả các bộ phận

khác bằng các tín hiệu định thời và điều khiển. Bộ phận này chứa các mạch định thời và logic mà tạo ra các tín hiệu thích hợp cần thiết để thực thi từng câu lệnh của một chương trình. 

Bộ phận xử lý trung tâm: (Ce ntral Processing Unit  – CPU) Trong hình …, ALU và các bộ

điều khiển được kết hợp thành một bộ phận được gọi là bộ phận xử lý trung tâm (CPU). Bộ  phận này được xem như bộ não thực sự của máy tính. CPU được tích hợp trong các chip vi xử lý (microprocessor chip - P).

Hình 3.44 Cấu trúc máy vi tính

8 bit điển

 3.4.2

Các phần tử

cơ bản của một máy vi tính (microcomputer -  C): Một C chứa nhiều phần tử, mà một trong các phần tử đó là P. P chính là CPU của C. Hình 3.44

minh họa C bao gồm P, RAM, ROM, phần nhập/xuất (vào/ra) .

 ROM (read only memory) : bao gồm một hay nhiều chip để chứa các câu lệnh và dữ liệu mà

không thay đổi. Ví dụ: nó có thể chứa một chương trình giúp P có thể kiểm soát bàn phím một cách liên tục, hoặc có thể chứa một bảng mã ASCII cần thiết.

44

 RAM (random access memory): bộ nhớ này được sử dụng để lưu

trữ các chương trình và dữ

liệu mà có thể thay đổi thường xuyên trong quá trình hoạt động. Nó cũng được dùng để lưu trữ các kết quả trung gian và sau cùng của các phép toán được thực hiện trong suốt quá trình thực thi một chươ ng trình. 

Bus địa chỉ (address bus): đây là bus một chiều, bởi vì thông tin chỉ đi theo một chiều trong

 bus này, từ CPU tới bộ nhớ hoặc các phần tử I/O. Ví dụ, bus địa chỉ sử dụng 16 đường địa chỉ sẽ có thể tạo ra 2 16 các địa chỉ khác nhau. Mỗi địa chỉ tương ứng với một nơi lưu trữ của bộ nhớ hoặc của một phần tử vào ra. 

Bus dữ liệu (data bus): đây là bus hai chiều, bởi vì dữ liệu có thể đi đến hoặc đi ra từ CPU.

Ở hình trên CPU này sử dụng 8 đường dữ liệu từ D 0 đến D7 tương đương với 8 bit trong một ô nhớ của bộ nhớ. Các dữ liệu này có thể là nhập hoặc

xuất tùy thuộc vào việc CPU đang thực

hiện hoạt động đọc hay ghi. 

Bus điều khiển (control bus): đây là tập hợp các tín hiệu mà được sử dụng để đồng  bộ hóa

các hoạt động của các phần tử riêng lẻ của C. Một trong các tín hiệu điều khiển này ví dụ như: R/W là tín hiệu mà CPU gởi đến thông báo cho các phần tử kiểu hoạt động nào đang diễn ra. 3.5 Thực thi một chương trình của máy vi tính: Hoạt động này bắt đầu khi người điều khiển kích hoạt nút ấn START hay  RUN. CPU sẽ gán giá trị cho thành ghi có chức năng như bộ đếm chương trình (program counter –   PC) PC=0000, và cứ sau mỗi byte lệnh của CPU, PC sẽ tăng lên một. 1.

Bộ điều khiển tìm nạp byte đầu tiên từ địa chỉ 0000 được xác định bởi PC. Byte này chính là mã

lệnh của câu lệnh đầu tiên của chương trình. Bộ điều khiển thực thi yêu

cầu của mã lệnh này. 2.

Bộ điều khiển gia tăng PC lên 0001 và tìm nạp byte được chứa trong địa chỉ này và tiếp tục thực thi theo yêu cầu của câu lệnh tiếp theo.

3.

 Nếu không có lệnh nhảy đến một địa chỉ khác thì PC tiếp tục tăng thêm một đơn vị 0002. CPU đọc nội dung của địa chỉ này và thực hiện yêu cầu; và cứ thế cho đến khi nó thực thi xong chương trình.

 Như vậy, nếu ta có một chương trình hay phần mềm điều khiển máy CNC, các bước mà CPU thực hiện cũng là đọc từng lệnh trong chương trình và thực thi.

Khác với ở máy NC trong đó

sử dụng các mảng linh kiện điện tử để thực hiện các chức năng riêng biệt như giải mã, nội suy, so sánh tín hiệu … thì ở máy CNC, CPU thông qua chương trình điều khiển sẽ đảm nhận tất cả các chức năng này.

45

Hình 3.45 Các vùng chức năng cơ bản của P.

Hình 3.46 Nguyên 3.46 Nguyên lý thực thi chương trình của P.

3.6 Nội suy bằng phần mềm 3.6.1 Phương pháp xác định quĩ đạo. Việc xác định quĩ đạo tương đối của dao với phôi có thể dùng hai phương pháp: -

Phương pháp gần đúng với lượng di động tuần tự theo hướng x, y gọi là phương pháp bậc

thang (phương phápDDA). -

Phương pháp gần đúng với lượng di động phối hợp đồng thời theo hướng x và y gọi là

 phương pháp dây cung. cung. a. Phương

pháp bậc thang :

Cho đường cong y = f(x) với điểm đầu P 1(x1,y1) và điểm cuối Pn(xn,yn). Chiếu theo phương x, đường cong này sẽ được chia nhỏ thành n -1 đoạn x đều nhau, tương ứng với n điểm chia P1, P 2, P 3,

…, Pn (hình 3.47 ). Tọa độ các điểm

này Pi(xi,yi) đều được tính toán nhờ vào cơ cấu

nội suy.

Hình 3.47 Nội 3.47 Nội suy bậ bậc thang.  Như vậy, tương ứng với lần gia lượng x thứ i theo phương x (ta ký hiệu xi), cơ cấu nội suy có thể tính được gia lượng thứ i là yi theo phương y tương ứng: yi = yi+1 –  y  yi 

[3-52]

Ví dụ: ở lần gia lượng thứ 1 theo phương x với x1, y1= y2-y1 ở lần gia lượng thứ n -1 theo phương x với xn-1, yn-1 = yn –  y  yn-1

46

 Nếu dùng cơ cấu nội suy ngoài: cần phải xác định tất tấ t cả c ả các c ác tọa độ cho các điểm trung t rung gian P1[x1,y1], P2[x1+x,y2],

…, Pi[x1+ (i-1). (i-1).x,yi], …, Pn[x1+ (n-1). (n-1).x,yn] và ghi vào chương

trình. Đối với cơ cấu nội suy trong, ta chỉ cần lập chương trình phương trình y = f(x), điểm đầu P1(x1,y1) và điểm cuối P n(xn,yn), và trị số gia lượng x. Sai số trong quá trình gia công là tổng diện tích các tam giác nhỏ phía dưới quĩ đạo f(x) được xác định theo công thức: n 1

 x

i 1

2

 A  

 A 

 x 2

( yi 1  yi )  

[3-53]

( yn   y1 )  

[3-54]

Sai số này càng nhỏ khi x càng nhỏ. b. Phương

pháp dây cung:

Cho đường cong y = f(x) với điểm đầu P 1(x1,y1) và điểm cuối Pn(xn,yn). Tương tự như phương  pháp bậc thang, chiếu theo phương x, x , đường cong này nà y sẽ được chia nhỏ thành n -1 đoạn x đều nhau, tương ứng với n điểm chia P 1, P2, P3, …, P n. Tọa độ các điểm này Pi(xi,yi) đều được tính toán nhờ vào cơ cấu nội suy. Khác với phương pháp bậc thang, phương pháp này phối hợp sự chuyển động đồng thời theo

 phương x và y để tạo ra một đường thẳng (dây cung) nối hai điểm kề nhau; ví dụ như: hai điểm P2 và P3 như hình 3.48. Trên hình 3.48 , quĩ đạo gia công từ điểm P 2 đến điểm P3 sẽ là đường thẳng nối hai điểm P 2 và P3. y Pi

Pn

P3 

P2

vy

vx y2

P1 y1

yn y3 x

x1 x

x

xn

Hình 3.48 Nội 3.48 Nội suy dây cung. cung. Góc tạo bởi đường quĩ đạo và trục x được tính như sau: tgα 

y3  y 2 Δx



vy vx

 

[3-55]

trong đó: vx, vy là vận tốc phối hợp theo phương x và y đi từ điểm P 2 đến điểm P3.  Nếu vận tốc vx là hằng số, vận tốc theo phương y đi từ điểm P i đến điểm Pi+1 là:

47

vyi 

y i 1  y i Δx

v x  

[3-56]

Diện tích chính xác dưới quĩ đạo y = f(x) là: xn



A  f(x) dx  

[3-57]

x1

Diện tích gần đúng là tổng diện tích các hình thang: A' 

n 1

Δx



2

i 1

(y i 1  y i )  

[3-58]

Sai số là:  – A’  A = A – A’

[3-59]

* Từ các phương pháp trên, người ta có thể viết ra các các hàm hay thủ tục nội suy cho phần mềm điều khiển máy CNC. 3.6.2 Phép tính nội suy theo phương pháp DDA. Trong thực tế, quĩ đạo gia công của dao chuyển động tương đối với phôi thường là đường thẳng hoặc đường cung tròn. Dưới đây, đâ y, ta sẽ xét hai phép tính nội suy này. a. Nội

suy đường thẳng: thẳng: y

B

yB Pi+1 y

Pi x

yA

vy

A vx

x

xA

xB

Hình 3.49 Nội 3.49 Nội suy tuyến tính. Giả sử, ta cần gia công theo một đường thẳng từ điểm A đến điểm B trong khoảng thời gian T (hình 3.49 ). Nếu chuyển động từ điểm A đến B có

vận tốc theo phương x là v x và vận tốc theo

 phương y là vy thì tại thời điểm t, tọa độ của dao cắt được xác định theo công thức: t

x = xA +

v

x

dt  

[3-60]

 

[3-61]

0 t

y = yA +

v

y dt

0

48

 Nếu là chuyển động đều cho mỗi lần gia lượng theo phương x và y thì vận tốc theo phương x và y được tính như sau: vx =

vy =

(x B  x A ) T (y B  y A ) T

 

[3-62]

 

[3-63]

Vậy tại một thời điểm bất kỳ t, ta có: t



x = xA +

0 t



y = yA +

0

(x B  x A ) T (y B  y A ) T

dt  

[3-64]

dt  

[3-65]

 Nếu đoạn AB được chia thành n đoạn bằng nhau; như vậy theo phương x và y, mỗi lần gia lượng, khoảng thời gian thực hiện là t=

T  n

, phép tích phân

trên được chuyển đổi thành tổng.

Tại thời điểm bất kỳ t = i t, tọa độ x(t) và y(t) được xác định bởi công thức: i

x(t) = x(it) = xA +

 k 1 i

y(t) = y(it) = yA +

 k 1

x A x B n y A y B n

= xA +

= yA +

xB  xA n yB  yA n

i 

i 

[3-66]

[3-67]

trong đó i = 1, 2, 3, …, n  Như vậy: mối quan hệ giữa T với chiều dài đường gia công L và vận tốc v gia công là: T=

L v

 

[3-68]

Trong đó: L=

(x B  x A ) 2  (y B  y A ) 2  

[3-69]

Để tìm ra các điểm nội suy tuyến tính, cần cung cấp các dữ liệu đầu vào: điểm đầu A(x A,yA), điểm cuối B (x B,yB), vận tốc cắt (v), suất đơn vị BLU (basic length unit) của các trục (suất đơn vị là lượng di động nhỏ nhất có thể đạt được trên các trục). Để đảm bảo độ chính xác của  biên dạng nội suy, người ta chọn các bước cộng nhỏ hơn suất đơn vị BLU. Dưới đây trình bày sơ

đồ khối nội suy bằng phần mềm:

49

Dữ liệu đầu vào: xA, yA, xB, yB, V, BLU

L

x A  x B 2  y A  y B 2 T

L V

yA  yB  x A  x B

Đúng

sai

 N 

x A  x B

 N 

BLU

y A  y B BLU

m  lg N m = 1, 2, 3,

 N 0 10 m

Δy 

yA  yB

 N 0 T Δt   N 0

Δx  f  

xA  xB 1

 N 0

Δt

Bước cộng tiếp theo x t  x iΔt   x A  y t  yiΔt   y A 

i

 Δx k 1 i

 Δy k 1

xt  xB 0 yt  yB  0

Kết thúc

Điều khiển trục x,

50

* VD: dao cần đi theo một quĩ đạo tuyến tính từ điểm A(20,20) đến điểm B(30,40) với vận tốc v=40mm/ph (hình 3. 50). Biết BLU=0.001mm, tính thời gian nội suy, số điểm nội suy, chu kỳ và tần số nội suy và viết phương trình cho tọa độ các điểm nội suy: Giải y

+ Chiều dài nội suy là: (x B  x A ) 2  (y B  y A ) 2

L=

= (30  20) 2  (40  20) 2

B

= 22.36067 (mm) A

+ Thời gian nội suy là: T

L v



x

22,36067  60

 33.541 (s)

40

P

Hình 3.50 Nội suy tuyến tính.

+ vì /xB –  xA/ < /yB –  yA/ , số lần nội suy dự kiến là: yB  yA

 N =

BLU



40  20 0.001

 20000

Chọn số lần nội suy thật N 0 = 10m với m=1,2,3…, và  N0>N sao cho N 0  –  N có giá trị dương nhỏ nhất; vì vậy ta chọn N 0=105. + chu kỳ hay khoảng thời gian cho mỗi bước nội suy là: t =

T   N 0



33.541 100000

 0.00033541 s

+ Tần số nội suy hay số điểm nội suy được trong một giây là: f=

1 0.00033541

 2980.14257Hz (hay pps)

+ Phương trình tính các điểm nội suy: i

x(t) = x(it) = xA +

 k 1 i

y(t) = y(it) = yA +

 k 1

b. Nội

x A x B  N 0 y A y B  N 0

= xA +

= yA +

30  20 100000 40  20 100000

i = xA + 0.2BLU.i

i = yA + 0.3BLU.i

suy cung tròn:

Giả sử, ta cần gia công theo một cung tròn từ điểm A đến điểm P trong khoảng thời gian t (hình 3.51 ), ta có phương trình: x –  xc = rcos y –  yc = rsin hay x = xc + rcos y = yc + rsin 51

Giả sử T0 là thời gian để đi hết một đơn vị cung tròn (1 radian), và thời gian đi hết cung  là t thì: t

 =

T0

 

[3-70]

Thay  vào các phương trình trên ta có: t

x = xc + rcos y = yc + rsin

x’ = y’ =

r  T0 r  T0

sin

cos

 

[3-71]

 

[3-72]

T0 t T0 t

T0 t T0

 = -

y y c T0 xx c

 =

T0

 (vì: r.sin

t T0

 (vì: r.cos

= rsin = PD = y  –  yc)

[3-73]

= rcos = 0D = x  –  xc)

[3-74]

t T0

y B(x b,y b) P(x,y)

y

r 

yc

0(xc,yc)

D

xc

A(xc+r,yc)

x

x

Hình 3.51 Nội suy cung tròn. Tích phân các phương trình trên ta có: t 

x = xA -



 y  y c

0

t 

y = yA +

 0

T 0  x  x c T 0

dt

[3-75]

dt

[3-76]

Giả sử ta cần gia công từ điểm A đến điểm B với thời gian T với n lần gia lượng t đều nhau; có nghĩa là T = n t . Ta cần xác định các điểm trung gian tại thời điểm bất kỳ t = i t. Công thức trên có thể viết lại dưới dạng sai phân là: x(t) = x(it ) = xA – 

y(t) = y(it) = yA +

i

y k   y c

k  0

T0

 i

x k   x c

k  0

T0



t = xA – 

t = yA +

T n T0 T n T0

i

y

k 

 yc  

[3-77]

k 

xc  

[3-78]

k 0 i

x k  0

52

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY NC VÀ CNC

4.1 Các vòng điều khiển trong máy NC, CNC Các vòng điều khiển của các hệ thống máy NC được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ riêng  biệt: để điều khiển vị trí và vận tốc của các trục chuyển động của máy công cụ. Trong các hệ thống này, mỗi trục được truyền động riêng biệt và tuân theo tín hiệu lệnh được tạo ra bởi bộ nội suy. Thiết kế hệ thống bắt đầu bằng việc lựa chọn kiểu điều khiển: vòng hở hay vòng kín, mà nó  phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật của từng máy NC và tính kinh tế. Các hệ thống điều khiển vòng hở thường sử dụng động cơ bước làm thiết bị truyền động cho  bàn máy. Việc lựa chọn động cơ đúng phải dựa vào mômen xoắn lớn nhất, vận tốc yêu cầu, và

độ lớn của bước trong hệ thống. Trong các hệ thống điều khiển vòng kín, các thiết bị truyền động thường là động cơ thủy lực hoặc một chiều DC và phần tử hồi tiếp như cơ cấu đo hành trình số (encoder), tương tự (resolver),….  Ngoài kiểu điều khiển vòng hở và vòng kín, việc thiết kế một hệ thống NC còn phụ thuộc vào mục tiêu chức năng của hệ thống: điều khiển điểm hay điều khiển đường.

 Như ta đã biết, các hệ thống máy điều khiển điểm, phôi được gắn trên bàn máy. Trong các hệ thống này, quĩ đạo và vận tốc của bàn máy đối với dụng cụ cắt không có ý nghĩa khi bàn máy mang phôi di chuyển từ điểm này đến điểm khác. Vì thế, các hệ thống điều khiển điểm chỉ đòi

hỏi điều khiển đến vị trí sau cùng của bàn máy tại mỗi chuyển động của bàn máy. Để tiết kiệm thời gian đi từ điểm này đến điểm khác, cần cho bàn máy dịch chuyển với vận tốc cao. Vì hệ thống truyền động và bàn máy luôn có quán tính nên cần giảm tốc trước khi đạt đến vị trí yêu cầu. Do vậy, trong các hệ thống điều khiển điểm thường có thêm các mạch giảm tốc. Trong các hệ thống điều khiển đường, dụng cụ cắt sẽ thực hiện chức năng cắt gọt khi bàn máy đang chuyển động. Quĩ đạo gia công trên chi tiết được quyết định bởi tỉ số vận tốc giữa các trục của bàn máy cùng với vị trí của dụng cụ cắt tại điểm cuối của mỗi đoạn. Vì thế, các hệ thống điều khiển đường phải có thêm các bộ đếm số mà nó kiểm tra vị trí cuối của mỗi đoạn trong các vòng điều khiển vị trí. Sơ đồ cấu trúc của các hệ thống điều khiển được trình bày dưới đây. 4.1.1 Các vòng điều khiển trong hệ thống điều khiển điểm Trong các hệ thống điều khiển điểm, mỗi trục được điều kiển riêng với vận tốc lớn nhất cho  phép. Vận tốc này phụ thuộc vào kiểu truyền động và cấu trúc cơ khí của hệ. Để tránh sự vọt lố (sự vượt quá vị trí yêu cầu), vận tốc của bàn máy cần được giảm trước khi đạt đến vị trí yêu

53

cầu. Vì quĩ đạo giữa các điểm là không có ý nghĩa, nên bộ phận giảm tốc được gắn trên mỗi trục riêng biệt. Các hệ thống điều khiển điểm có thể được thiết kế để sử dụng việc lập trình tuyệt đối hay tương đối (gia lượng). Dưới đây là cấu trúc của các hệ thống điều khiển điểm. 4.1.1.1 V òng điều khiển trong hệ thống điều khiển điểm vòng hở tương đối (gia lượng  )

Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển điểm vòng hở điển hình của một trục được thể hiện trên hình 4.1 . Trục vít của bàn máy được truyền động bởi động cơ bước, nơi mà mỗi

bước của

động cơ làm cho bàn máy tịnh tiến 1 BLU (suất đơn vị). Ở lúc bắt đầu của mỗi khối lệnh, dụng cụ cắt được đặt phía trên phôi và bộ đếm giảm được gán giá trị khoảng cách cần gia lượng tính bằng BLU. Một bộ tạo xung cung cấp các xung mà đồng thời làm cho động cơ  bước truyền động và giảm giá trị trong bộ đếm. Bộ đếm đạt đến giá trị 0 khi động cơ đã thực hiện đủ số bước được yêu cầu. Vị trí 0 được giải mã bởi mạch End - of Count (kết thúc đếm) , thay đổi ngõ ra của mạch từ mức 1 xuống mức 0. Do vậy, cổng AND sẽ khóa dòng xung từ bộ tạo xung, làm cho động cơ và bộ đếm ngưng hoạt động. Khi cả bộ đếm x và y đạt đến giá trị 0, dụng cụ cắt được định vị ở vị trí yêu cầu và sẵn sàng hoạt động. Một hệ thống điển hình của loại này là máy khoan NC. Vị trí yêu cầu

Mạch giảm tốc Bộ tạo

Cổng

Bộ đếm giảm

K t thúc đếm

x

AND

Cổng OR

xung

Hướng yêu cầu

y

Bộ truyền động

Bàn máy

Động cơ  bước

Bắt đầu khoan

Hình 4.1 Hệ điều khiển điểm gia lượng vòng hở  4.1.1.2 Vòng điều khiển trong hệ thống điều khiển điểm vòng kín tương đối (gia lượng  )

 Nhược điểm lớn nhất của hệ thống điều khiển vòng hở là thiếu thông tin về chuyển động thực của bàn máy. Điều này có thể khắc phục bằng cách gắn một bộ phận hồi tiếp vào bộ phận truyền động của bàn máy ví dụ như gắn encoder vào trục vít me chẳng hạn  (hình 4.2). Bộ

đếm giảm được gán giá trị khoảng cách cần gia lượng tính bằng BLU, mà nó thiết lập lại

giá trị 1 cho mạch kết thúc đếm và cho phép động cơ quay. Bộ đếm giảm hoạt động nhờ   vào các xung của encoder đặc trưng cho chuyển động thực của bàn máy. Động cơ sẽ quay liên tục miễn là giá trị của bộ đếm giảm chưa bằng 0 và vị trí bàn máy chưa đạt đến vị trí yêu cầu. Khi đạt đến vị trí mong muốn, giá trị 0 của bộ đếm sẽ kích hoạt mạch kết thúc đếm sang trạng thái

54

0 và làm

dừng động cơ. Bộ giảm tốc sẽ giúp giảm tốc độ động cơ khi gần đến điểm yêu cầu

để tránh sự vọt lố vị trí. Vị trí yêu cầu Bộ đếm giảm K t thúc đếm

Bộ giảm tốc

đk đ/c

Động cơ 

Bàn máy

Encoder

Hướng yêu cầu

Hình 4.2 Hệ điều khiển điểm gia lượng vòng kín 4.1.1.3 Mạch điều khiển điểm vòng kín tuyệt đối

Hệ thống điều khiển vị trí tuyệt đối sử dụng phương pháp lập trình tuyệt đối cùng với một thiết bị hồi tiếp gia lượng. Phần tâm của vòng điều khiển bao gồm ba bộ phận, được thể hiện trên hình 4.3.

Thanh ghi vị trí được kích hoạt bởi một trong hai chuỗi xung từ encoder gia

lượng, mà mỗi chuỗi xung đặc trưng cho mỗi hướng chuyển động. Giá trị của thanh ghi vị trí sẽ gia tăng khi chuyển động về phía phải của trục tương ứng và ngược lại sẽ giảm khi chuyển động về phía trái của trục này, và vì vậy thanh ghi vị trí lưu trữ vị trí tuyệt đối thực của bàn máy ở mỗi trục. Thanh ghi lệnh được gán giá trị vị trí tuyệt đối được yêu cầu của trục. Ở mỗi thời điểm, một khối lệnh mới được đọc và gán vào thanh ghi lệnh giá trị vị trí mới. Bộ trừ chỉ ra sự chênh lệch thực tức thời giữa vị trí yêu cầu và vị trí thực của bàn má y, và giá trị này đặc trưng cho khoảng cách từ vị trí tức thời đến điểm yêu cầu. Ngõ ra của bộ trừ là sai số vị trí của vòng điều khiển sẽ được đưa đến động cơ thông qua bộ phận giảm tốc động cơ. Vị trí yêu cầu Thanh ghi lệnh Bộ trừ

Đến bộ điều khiển động cơ 

Thanh ghi vị trí Các xung đến từ encoder 

Hình 4.3 Cấu trúc của bộ so sánh trong hệ thống điều khiển vòng kín 55

4.1.2 Các vòng điều khiển trong hệ thống điều khiển đường  Các hệ thống điều khiển theo đường được sử dụng trong các máy tiện, phay , mài, doa, máy cắt tia laser, một số kiểu robot,…. Trong tất cả các hệ thống này, các trục chuyển động được điều khiển riêng rẽ và hoạt động theo các tín hiệu chuẩn (dưới dạng xung) được tạo ra bởi bộ nội suy. Bộ nội suy sẽ kết hợp chuyển động của các trục bằng cách cung cấp các chuỗi xung tương ứng cho mỗi trục, mà trong đó, mỗi xung sẽ tạo ra lượng chuyển động 1 BLU theo chiều trục. Khác với các hệ thống điều khiển theo điểm, việc điều khiển chính xác vận tốc của mỗi trục rất quan trọng, vì quá trình cắt xảy ra trong suốt quá trình chuyển động của các trục.  Như vậy, một hệ thống điều khiển đường phải điều khiển cả vị trí và vận tốc của mỗi trục chuyển động, và trở nên phức tạp hơn so với hệ thống điều khiển điểm. Các vòng điều khiển của hệ thống điều khiển đường thường là kiểu điều khiển vòng kín như được biểu diễn trên hình  4.4 và 4.5 . Các hệ thống điều khiển đường này sử dụng hai thiết bị hồi tiếp: một thiết bị đo vận tốc động cơ (tachometer), và một thiết bị hồi tiếp thứ hai có thể đo cả vận tốc và vị trí . Hình 4.4

mô tả vòng điều khiển sử dụng thiết bị hồi tiếp tương tự (resolver –  giống như một

động cơ ac). Trong hệ thống này, roto của resolver được gắn trên trục vít me. Tốc độ quay của trục vít me hay của roto của resolver sẽ quyết định giá trị điện thế đầu ra của resolver. Như ta đã biết, khi roto quay đều với vận tốc góc o, điện thế ra của resolver được tính như sau: Vo = V sin[( + o)t + o]

trong đó:  = 2f, f : là tần số điện thế kích hoạt, o: là vận tốc góc trung bình của roto, o: góc tích lũy trong trạng thái quá độ cho đến khi đạt đến trạng thái ổn định.

Số hạng (ot + o) trong phương trình trên đặc trưng cho vị trí của bàn máy, và o tỉ lệ với vận tốc của trục bàn máy. Tín hiệu chuẩn (f + f 1) được đưa về bộ so sánh pha với tần số f 1 là vận tốc góc yêu cầu của trục vít me bàn máy tính bằng vòng/giây. f 1 được tạo ra bởi bộ nội suy và một dãy các bộ đếm. Bộ so sánh pha sẽ trừ đi giá trị (f+f o) từ giá trị (f+f 1) và xác định được sai lệch pha: t

 =

 f   f dt 1

0

mà

thông qua bộ điều khiển sẽ là tín hiệu để truyền động cho động cơ. Động cơ quay thông

qua hộp số và trục vít me sẽ làm cho bàn máy chuyển động. Hình 4.5

mô tả nguyên tắc hoạt động của vòng điều khiển kín sử dụng thiết bị hồi tiếp số

(encoder). Vòng điều khiển này bao gồm bộ đếm tăng -

giảm, bộ phận chuyển đổi số - tương 56

tự (DAC), bộ phận truyền động (bao gồm động cơ, mạch khuếch đại và tachometer). Bộ so sánh trong trường hợp này chính là bộ đếm tăng - giảm được cấp hai chuỗi xung: chuỗi xung chuẩn đến từ bộ nội suy và chuỗi xung hồi tiếp được tạo ra bởi encoder. Bộ so sánh này sẽ tạo ra tín hiệu sai số dưới dạng xung và được chuyển đổi sang tín hiệu tương tự nhờ bộ DAC và thông qua bộ khuếch đại để truyền động cho động cơ. Động cơ sẽ quay theo hướng làm giảm sai số này. Sai số vận tốc

Bộ so Tín hiệu chuẩn

sánh

Bộ điều khiển

Bàn máy

khuếch đại

Động cơ 

Bộ giảm tốc

resolver

Tachometer

Tín hiệu hồi tiếp

Hình 4.4 Hệ thống điều khiển đường vòng kín sử dụng resolver  Sai số vị trí Tín hiệu xung chuẩn

Bộ đếm tăng giảm

Sai số vận tốc DAC

Bàn máy

khuếch đại

Động cơ 

Bộ giảm tốc Encoder

Tachometer

Tín hiệu hồi tiếp

Hình 4.5 Hệ thống điều khiển đường vòng kín sử dụng encoder  4.2 Truyền động điều chỉnh.

Hình 4.6 Sơ đồ chuyển động điều chỉnh trong mạch.

Truyền động điều chỉnh là biến đổi các tín hiệu điều khiển có công suất nhỏ thành lượng di động của cơ cấu được điều khiển, có giá trị tỉ lệ với tín hiệu điều khiển ở bậc công suất cao hơn. Các thành phần cơ bản để thực hiện truyền động điều chỉnh được thể hiện trên hình 4. 6: phần tử khuyếch đại, động cơ, máy phát tốc; trong đó: phần tử khuyếch đại có nhiệm vụ khuyếch 57

đại tín hiệu điều khiển thành tín hiệu với công suất cao để điều khiển động cơ. Máy phát tốc có nhiệm vụ đảm bảo đặc tính động yêu cầu. 4.2 .1

Bộ khuyếch đại. a. Bộ khuyếch đại bán dẫn. *  Bộ

khuyếch đại bán dẫn sử dụng thy risto(SCR) (hình 4.7b) làm bộ khuyếch đại công suất

của truyền động điện với động cơ điện một chiều, thực chất là làm nhiệm vụ chỉnh lưu. Nếu cực G của tiristo trong mạch kể trên luôn được phân cực để cho thyristo thông thì vai trò của thyristo cũng giống như một van chỉnh lưu thông thường. Nếu đặt vào cực G một chuỗi xung kích thích Ik   làm thyristo

chỉ mở tại những thời điểm nhất định cùng với chu kỳ dương của

điện áp nguồn đặt vào anôt, khi ấy điện trở của tiristo sẽ giảm xuống một cách đột ngột, cho dòng điện anôt Ia có giá trị lớn chạy qua  (hình 4.7a). Dòng điện Ia có thể được khống chế bởi thời điểm kích xung I k   (hình 4.7c) và phụ tải R f.  Việc điều khiển được Ia sẽ giúp điều khiển được các động cơ điện.

(a)

(c)

Hình 4.7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của t hyristo. * Bộ chỉnh lưu một pha sử dụng 2 thyristor mắc đảo song song:

Từ nguyên lý làm việc trên của thyristor, người ta có thể chế tạo được các loại mạch chỉnh lưu và điều khiển khác nhau. Hình 4.8 mô tả một trong các loại mạch này; đó là  bộ khuyếch đại chỉnh l ưu m ột pha dùng hai thyristo

có khống chế dòng mắc song song ngược chiều T 1 và T2

để điều khiển động cơ một chiều .

T1

Mạch kc i2 Ut

T2

Mạch kc i1 U=U0 sint

đc

Ud

Hình 4.8 Bộ chỉnh lưu một pha sử dụng 2 thyristor mắc đảo song song . 58

U a.

A1

K 2

A1K 1

K 2

A1

A2 A1K 1

A2

1

1

2

1

t 1

i2

t

1

1

i1

K 1 A1

K 2

K 1

A2

K 2

b.

2

1

1

t

ia

Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của bộ chỉnh lưu một pha dùng 2 thyristor.

t

Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động + Sơ đồ nguyên lý hoạt động được biểu diễn trên hình 4. 9. Các góc mở của các t hyristo này

được khống chế bởi dòng điện từ mạch khống chế được kiểm soát bởi bộ điều khiển hay mạch khống chế.

Để hiểu rõ chế độ  làm việc của bộ  khuyếch đại chỉnh lưu này ta sẽ xét một số

tr ường hợp. + Gi ả s ử góc điều khi ển (thời điểm xu ất hi ện c ủa dòng điện điều khi ển) dòng xung i 1 c ủa T 1 là 1 và góc điều khiển dòng i 2 của T2 là 1 không thấy r ằng: trong khi

đổi (ở đây ta chọn 1+1=) (hình 4.4 a); ta

ở  nửa chu k ỳ dươ ng đầu  tiên, T2 bị  phân cực nghịch nên T2  không d ẫn  (khóa),

đó T1 phân cực thuận nên dẫn (mở ) và xuất hiện dòng điện ia đi qua động cơ   làm

cho động cơ  quay (để d ễ nhận biết đượ c sự phân cực thuận nghịch của hai thyristor cần chú ý r ằng điện th ế ngu ồn U ở  m ọi thời điểm chính là điện th ế của các điểm A 1 và K 2, còn điện th ế của động cơ  Ud là điện th ế của các điểm A2 và K 1). Trong

động cơ  lúc này xu ất hiện sức điện

động cảm ứng E. Điện th ế nguồn U, điện th ế hai đầu b ộ ch ỉnh lưu U t và điện áp của động cơ  Ud (Ud=E+iaR a) có mối quan hệ như sau: U = Ut + E + i aR a Khi động cơ   quay, điện áp Ud của động cơ  tăng dần cho đến khi nó bằng với điện áp ngu ồn U thì T1 khóa lại vì lúc

đó điện áp của K 1 bắt đầu vượ t qua điện áp A1; lúc này ia=0 (tại thời

điểm 1 + 1 - 1). Ở n ửa chu k ỳ âm đầu tiên, mặc dù ia=0, điện áp của động c ơ  U d (K 1) v ẫn ổn định nhờ  quán tính quay c ủa động cơ . Ở nửa chu k ỳ dươ ng thứ hai, T2 vẫn bị khóa do phân cực ngượ c, và T1 dẫn do phân c ực thuận và Ud tiếp tục t ăng cho

đến khi Ud=U thì T1 ng ưng

dẫn (tại thời điểm 1 + 2 - 2). Quá trình phân c ực thuận của T1 và nghịch của T2 tiếp tục xảy ra tại một số nửa chu k ỳ dươ ng nữa thì dừng lại khi điện áp của động cơ đạt đến giá tr ị Ud = U 59

= U0.sin1t. Lúc này, mặc dù vẫn xuất hiện dòng

điều khiển i1 tại nửa chu k ỳ dươ ng tiếp theo,

T1 vẫn bị khóa do phân c ực nghịch. Xét hình 4.4 b, gi ả sử giá tr ị điện th ế c ủa

động c ơ   lúc này vẫn là Ud = U 0 sin1t. Nếu ta vẫn

tiếp t ục gi ữ nguyên góc điều khi ển 1 và 1 c ủa T 1 và T2 thì cả T 1 và T2

điều ch ỉnh cho góc điều khiển 1 đạt giá trị nhỏ hơn

A

đều b ị khóa. Nếu ta B

C

và đạt giá trị 2, lúc này T2 trở nên phân cực thuận và mở. Vì vậy, sẽ xuất hiện dòng ia chạy ngược về động cơ (dòng ia này ngược chiều với dòng i a được tạo ra

B

khi T1 mở) và vì vậy có tác dụng hãm động cơ. *

 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha hình cầu có điều

khiển:(hình 4.10) Bộ chỉnh lưu này được thiết kết bằng cách ghép ba

1

1

T1

T2

T3

T4

T5

T6

 bộ chỉnh lưu một pha thành một đơn vị. Bộ chỉnh lưu này được lắp vào các cuộn dây thứ cấp của biến thế B. Bộ chỉnh lưu này gồm 6 thyristor chia làm hai nhóm: + Nhóm catod chung là T 1, T3, T5 (nhóm chỉnh lưu)

2

Đ

2

+ Nhóm anod chung là T 2, T4, T6 (nhóm nghịch lưu)

Thời điểm kích xung lên các thyristor do các mạch khống chế (1) (mạch điều khiển) thực hiện. Tùy thuộc vào thời điểm tạo xung kích mà dòng điện được

Hình 4.10 Bộ chỉnh lưu ba  pha hình cầu có điều khiển.

nắn điện đi qua động cơ cho trị số lớn hay nhỏ do đó sẽ điều chỉnh được tốc độ của động cơ. Các cuộn điện kháng (2) dùng để lọc thành  phần xoay chiều của dòng chỉnh lưu. b. Bộ

khuyếch đại dầu ép.

Bộ khuyếch đại dầu ép được dùng cho những hệ thống điều khiển yêu cầu độ nhạy cao. Hình 4.11

mô tả bộ khuyếch đại này. Cấu tạo

của nó bao gồm hai vòi phun (1), đặt đối xứng với lá chắn (2). Dòng dầu áp suất P 0 được đưa qua hai van tiết lưu (3) cung cấp cho vòi phun và đồng thời được nối với hai đầu của phụ tải 4. Khi bộ khuyếch đại không làm việc, lá chắn nằm cách đều giữa hai vòi

Hình 4.11 Bộ khuyếch đại vòi phun lá chắn.

60

 phun một khoảng cách x 0 (vị trí trung gian). Khi làm việc, lá chắn di động một lượng +x; như vậy nó nằm cách vòi phun thứ nhất bên phải một lượng là (x0+x) và cách vòi phun thứ hai  bên trái một lượng là (x0-x). Như vậy, lưu lượng chảy qua van tiết lưu và vòi phun là: - lưu lượng chảy qua van tiết lưu: 2g

Q1 =  A

γ

2g

Q2 =  A

γ

(p 0  p1 )  k 1 (p 0  p1 )

(p 0  p 2 )  k 1 (p 0  p 2 )

- lưu lượng chảy qua vòi phun lá chắn : Q3 =  C0 (x0 –  x) Q4 =  C0 (x0 + x)

2 g   

 p1  k 2 ( x 0  x)  p1

2 g   

 p 2  k 2 ( x 0  x)  p 2

Trong đó: k 1 = 

 d 2

2 g 

4

 

2 g 

k 2=    D

 

g – là gia tốc trọng trường.  – khối lượng riêng của dầu.  – hệ số thoát dầu.

Khi không tải, tức là Q f  = 0 thì: Q1 = Q3 Q2 = Q4

Thay giá trị lưu lượng vào các đẳng thức  trên, ta có: ' 1

 p

 p1  p 0

;  p

' 2 

2

 k    ;  x  ; k =  2   x02  x0  p0   k 1  

 p 2

'

 x

ta có:  p1' 

 p2  '

1 1 k (1 x ' ) 2 1 1 k (1 x ' ) 2

x' = 0 ta có  p1'  p2'  hay p1 = p2 =

3 4

 p0

Khi có phụ tải, Qf   0 thì Q1 = Q3 + Qf  61

Q2 = Q4 –  Qf 

 Nếu ta tuyến tính hóa các phương trình lưu lượng ở điểm làm việc x’ = 0 và p 1 = p2 = thay chúng

vào các phương trình trên, ta có:  p =

và

Qf  =

3  p 0



4 x0 3 2

x

3 2

k 2  p 0 x 



 p 0 k 2 x 0

Q f   K 1 x 

2 k 2 x 0 3  p 0

K 1 K 2

Δp  K 2 x 

3 4

 p0 ,

Q f 

K 2 K 1

Δp

trong đó:  p = p1 –  p2 3  p K 1 =  0 : là hệ số khuyếch đại áp suất. 4  x0 K 2 = c. Bộ

3 2

k 2  p0

: là hệ số khuyếch đại lưu lượng.

khuyếch đại điện – dầu ép.

Bộ khuyếch đại điện –  dầu ép thực chất là bộ điều khiển dùng để điều chỉnh số vòng quay động cơ. Bộ phận này gồm có hai tầng khuyếch đại chính: tầng khuyếch đại vòi phun –  lá chắn đối xứng và tầng khuyếch đại van điều khiển. Ngoài ra, nó còn có bộ phận khuyếch đại điện làm nhiệm vụ di động lá chắn một đại lượng x. Tín hiệu vào là dòng điện điều khiển có công suất từ vài mW đến vài W, tín hiệu ra là lượng dầu ép có công suất cao hơn từ 10 5 đến 109 lần.

Cấu tạo của bộ phận này thể hiện trên hình 4. 12  bao gồm: vòi phun lá chắn 1 lắp cố định trong con trượt điều khiển. Lá chắn lắp trong lò xo lá 2 đảm bảo cho nó khả năng di động giữa hai đầu vòi phun. Tín hiệu điều khiển qua bộ khuyếch đại điện một chiều tạo nên dòng điện I dẫn vào nam châm điện 3 làm cho lá chắn 2

di động một lượng x. Thông qua các van

tiết lưu 4, nguồn áp suất p 0 được dẫn vào hai buồng làm việc ở hai đầu của con trượt điều khiển lưu lượng qua phụ tải Q f . Đồng thời, buồng bên trái với áp suất p 1 được nối với vòi phun bên phải và buồng bên  phải với áp suất p2 được nối với vòi phun  bên trái.

Ở trạng thái ổn định, áp suất ở hai

 buồng làm việc này là bằng nhau p 1 = p 2 = 3 4

 p0 .

Hình 4.12 Bộ khuyếch đại điện – dầu ép 62

 Nếu dòng điện điều khiển thay đổi, lực hút của nam châm 3 đối với lá chắn 2 thay đổi và làm

cho lá chắn di động một lượng x, giả sử về phía bên phải; trong trường hợp này vòi phun bên  phải cách lá chắn 2 một lượng x 0-x, còn vòi phun bên trái cách lá c hắn 2 một lượng x 0+x, vì thế áp suất p1 sẽ lớn hơn p2 một lượng  p và đẩy con trượt đi sang bên phải một lượng +y. Con trượt sẽ tiếp tục di trượt sang bên phải cho đến khi khoảng cách giữa lá chắn và hai vòi  phun bằng nhau thì con trượt ngừng lại, lúc đó p 1 = p2. Giả sử, khi áp suất chênh lệch ở hai buồng là  p, con trượt đang chuyển động với khối lượng m; với thiết diện mặt đầu của con trượt là A và hệ số giảm chấn là  t  , ta có phương trình cân  bằng: 



m y   t  y   p A 

Qf  =  y A



 K 1



 K 2



 K 1



 K 2

 

 K 1

 

 K 2

 A 2   y  K 1 A y  K 1  A x





m y   t  y   K 1 ( x   y ) 



Q f    A





Vì Qf  =  y A , nên: 



m y   t  y   K 1 ( x   y )  

m y    t  

 





 y A A





 

Lấy biến đổi Laplace phương trình vi phân với điều khiển ban đầu bằng 0:  2     K 1 2       m  s    A  s  K   A   Y ( s )  K 1  A X ( s ) 1  t   K       2   G(s) =

Y ( s)  X ( s)

4.2.2 Cơ cấu chấp hành. 4.2.2.1 Động cơ điện xoay chiều .

* Thời kỳ đầu của các máy NC, CNC, động cơ điện một chiều được dùng chủ yếu để truyền động nhờ vào khả năng dễ điều khiển của chúng. Nhưng trong những năm sau này, các nhà sản xuất máy CNC đã bắt đầu sử dụng các động cơ điện xoay chiều (AC) đồng bộ. Không giống như các động cơ điện DC, các động cơ AC làm việc không cần chổi quét vì vậy loại bỏ được các vấn đề về bảo trì và an toàn. Hơn nữa, nếu cùng công suất với động cơ DC, động cơ AC có kích thước nhỏ gọn hơn.

63

*

Ta biết rằng, khi cho dòng điện xoay chiều 3 pha tần số f vào ba dây quấn của stato của

động cơ điện đồng bộ AC, tốc độ động cơ là n =

60 f    p

với p là số đôi cực. Từ công thức này ta

thấy, tốc độ của động cơ đồng bộ AC có thể điều khiển thông qua việc điều chỉnh tần số f của điện thế cung cấp cho động cơ; cách điều khiển này khác với điều khiển tốc độ của động cơ DC với việc thay đổi độ lớn của điện thế. Để điều chỉnh tốc độ của động cơ AC, người ta dùng hệ thống biến tần. Nó bao gồm hai phần chính, mạch chỉnh lưu, và mạch nghịch chuyển. + Mạch chỉnh lưu: biến đổi dòng AC thành dòng DC + Mạch nghịch chuyển: biến đổi dòng DC thành dòng AC với điện áp và tần số thay đổi được một cách liên tục. + Ngoài ra người ta còn sử dụng một mạch trung gian: giữ cho điện áp ra hay dòng DC ra của mạch chỉnh lưu là hằng số. Hình 4.13

mô tả sơ đồ khối điều khiển tốc độ của động cơ AC và điện thế đầu vào, đầu ra với

các tần số khác nhau.

a.

Mạch chỉnh lưu

Mạch nghịch chuyển

ĐC AC

b.

Hình 4.13 a. Sơ đồ khối điều khiển tốc độ động cơ AC . b. Điện thế đầu vào, đầu ra của các pha với các tần số khác nhau. 4.2.2.2 Động cơ điện một chiều:

64

*

Động cơ điện một chiều DC cho phép điều khiển chính xác tốc độ động cơ trong một

khoảng vận hành lớn bằng việc điều chỉnh điện áp áp vào động cơ. Chúng phù hợp một cách lý tưởng cho truyền động các trục của máy NC và CNC cỡ nhỏ và vừa và trong robot. Các động cơ DC cũng được sử dụng để truyền động trục chính trong các máy tiện và phay, nơi mà sự điều khiển liên tục tốc độ trục chính là cần thiết. *  Như ở

mục 4.1.1 đã đề cập, tốc độ động cơ DC có thể được điều khiển thông qua bộ chỉnh

lưu hay khuyếch đại dùng thyristor. Hình 4.14 dưới đây mô tả một mạch điều khiển tốc độ động cơ sử dụng bộ chỉnh lưu để tạo ra điện thế DC có thể hiệu chỉnh từ 0% đến 100% của điện thế tỉ lệ. Mạch điều khiển này sử dụng bộ chỉnh lưu với 2 thyristor và 2 diod tạo thành bộ chỉnh lưu cầu toàn kỳ một pha. Khi các thyristor bị kích hoạt, cầu 2 thyristor và 2 diod có chức năng chỉnh lưu toàn kỳ. Ngược lại, cầu giống như một công tắc bị ngắt. Đầu vào của cầu là dòng điện AC , và đầu ra của cầu được áp vào phần ứng của động cơ DC là một điện thế dạng xung liên tục. Mạch trigơ khuyếch đại từ tính tạo ra các xung kích điều khiển thyristor. Tùy thuộc vào thời điểm k ích, điện thế đầu ra sẽ có giá trị khác nhau. Ví dụ: nếu thời điểm kích là đầu các nửa chu kỳ AC, ta nói các thyristor mở 100%; nếu thời điểm kích là 45 0, các thyristor mở 75%; và nếu thời điểm kích là 135 0, các thyristor mở  25%.

Mạch trigơ 

Bộ chỉnh lưu

Động cơ DC

Tải

Hình 4.14 Mạch điều khiển tốc độ động cơ sử dụng mạch chỉnh lưu cầu toàn phần.

* Để điều khiển được động cơ, cần xác định hàm truyền đạt của nó. Dưới đây là một ví dụ tính toán hàm truyền đạt của động cơ dc với tín hiệu vào là điện thế, tín hiệu ra là vận tốc góc của trục động cơ . 65

Ví dụ: xét một động cơ DC kích từ động lập và tải như trên h ình 4.15: R a

La

ea



e b

K

F J 

ia

Lf 

R f  Vf 

Hình 4.15 Sơ đồ động cơ điện một chiều và tải

Phương trình cân bằng điện áp trong mạch phần ứng: ea  La

dia dt 

 ia Ra eb

Biến đổi laplace phương trình trên ta có: Ea(s) = La.S.Ia(s) + Ia(s).R a + E b(s) Ea(s) –  E b(s) = (La.S + R a).Ia(s)

Với sức điện động cảm ứng trong phần ứng phụ thuộc vào vận tốc góc  là: eb  K 2

d   dt 

Mômen xoắn của động cơ được xác định theo công thức:    k  ia  K 1 ia

Với  K 1  k   (từ thông  phụ thuộc vào R f,  Lf , và điện thế V f  và được xem như hằng số) Biến đổi Laplace của phương trình trên ta có:

(s) = K 1.Ia(s) Phương trình cân bằng giữa mômen xoắn do trục động cơ tạo ra với mômen xoắn do mômen quán tính

của vật thể tải, mômen do sự giảm chấn của hệ với hệ số giảm chấn F và độ cứng

xoắn của trục động cơ K:  J 

d 2  2

dt 

 F 

d   dt 

 K     

J.s2.(s) + F.s. (s) + K.(s) = (s)

Từ các phương trình trên ta có mối quan hệ: (J.s2 + F.s + K).(s) = K 1.Ia(s)

  1      K 1     2     E a ( s )  E b ( s )   La s  Ra     Js  Fs  K    ( s )

Hay hàm truyền đạt là: 66

  1      K 1     2     E a ( s )  K 2 s ( s )   La s  Ra     Js  Fs  K    ( s )

Mối quan hệ này được biểu diễn bằng sơ đồ khối sau: Ea(s) +

-

1

 K 1

 La s  Ra

 Js 2  Fs  K 

(s)

E b(s)

Hình 4.16 Sơ đồ khối của động cơ một chiều đang xét.

4.2.3 Động cơ bước:

K 2s

4.2.2.3 Động cơ bước.

* Động cơ bước là một bộ phận truyền động gia lượng số. Nó “biên dịch” một chuỗi xung đầu vào thành một lượng chuyển động góc tỉ lệ và nó quay một gia lượng góc ứng với mỗi xung. Vị trí của trục động cơ bước được quyết định bởi số lượng xung, và tốc độ của nó tỉ lệ thuận với tần số xung đầu vào. Tốc độ của trục tính theo bước trên giây bằng với tần số đầu vào tính theo xung trên giây (pps).

* Động cơ bước có thể được sử dụng để truyền động vòng hở trong các máy NC.  Vì không có hồi tiếp, độ chính xác của máy phụ thuộc vào khả năng bước chính xác của động cơ thông qua số lượng xung đầu vào chính xác được gởi đến nó. Động cơ bước bị giới hạn về mô men xoắn và ồn nên ít được sử dụng trong thực tế. Động cơ bước có thể phân loại như sau : -

Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

-

Động cơ bước từ trở thay đổi

-

Động cơ bước hỗn hợp (là sự kết hợp nguyên tắc làm việc của hai động cơ trên)

a. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. *

Động cơ bước nam châm vĩnh cửu hoạt động theo nguyên tắc tác động giữa một trường

điện từ và một hoặc nhiều nam châm vĩnh cửu. Trong cấu tạo của động cơ bước loại này, stato bao gồm một số cặp cực (được gọi là các pha) do các cuộn dây tạo ra; còn rôto là nam châm vĩnh cửu (hình 4.17) . Khi một trong các cuộn dây bị kích hoạt, một trong các cặp cực của stato sẽ hình thành nên nam châm điện với hai cực Bắc (B) và Nam (N). Cực B và N của Stato sẽ hút lấy cực N và B của rôto  làm rôto quay. Khi căp cực N và B của rôto thẳng đứng với hướng từ trường của nam châm điện do một pha của stato tạo ra, rôto sẽ dừng lại .

67

Hình 4.17 Cấu tạo của động cơ bước nam châm vĩnh cửu.

* Để làm cho động cơ bước nam châm vĩnh cửu quay theo chiều kim đồng hồ (hình 4.1 7), ta lần lượt kích các xung vào các cực A (với xung IA=Imax), B (với xung IB=Imax) , A(IA=-Imax) , B(IB=-Imax)

và ta có thể viết gọn lại theo ký hiệu A+,B+,A-,B- (dấu “+” tương ứng với dòng

điện dương, và dấu “–“ tương ứng với dòng điện âm). Để làm động cơ quay ngược chiều, ta cho thứ tự kích xung theo chiều ngược lại: A +, B-, A-,B+. * Nếu một động cơ bước có số pha là p và số răng của rôto là n r  thì số bước của động cơ bước này là: S = p.nr  Vd: trên hình 4.12, p = 2, n r  = 10; vậy S

= 2 x 10 = 20 bước

* Góc quay của một bước đủ được tính như sau:   s 

3600 S 

b. Động cơ bước từ trở thay đổi. *

Đặc điểm chính của stator  của loại này là một số cặp cực

mà được đặt quanh stator với các khoảng cách đều nhau (hình

Hình 4.18 Cấu hình cơ  bản của động cơ  bước từ trở thay đổi.

4.18). Mỗi cặp cực được gọi là pha, vì vậy động cơ bước trên

hình vẽ có 3 pha (số pha nhỏ nhất cần có để cho phép chuyển động của động cơ bước). Các cực này cũng được gọi là răng của stator. Rôto có từ trở thay đổi theo góc quay. +  Nếu

một động cơ bước có số pha là p và số răng của rôto là n r  thì số bước của động cơ

 bước này là: S = p.nr  * Nguyên lý làm việc của động cơ bước có từ trở thay đổi dựa trên cơ sở định luật từ thông tối

đa. Khi dòng điện một chiều kích thích vào một pha, các lõi của pha này sẽ tạo ra dòng từ trường. Khi một trong các pha, ví dụ như pha AA’ được kích hoạt, rôto tự định vị sao cho 68

răng của stator và rôto cùng nằm trên một đường thẳng, tương ứng với giá trị từ trở thấp nhất (hình 4.18). *

Để động cơ quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, pha AA’ sẽ bị tắt và pha BB’ được

kích hoạt. Tại thời điểm đó, đường sức từ chính được hình thành như trên hình 4.19. Sức căng hay ứng suất Maxwell trong đường sức từ sẽ tạo ra mômen xoắn quay ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi cặp răng của rôto và cặp cực BB’ của stator cùng nằm trên một đường thẳng thì rôto dừng lại. Để rôto tiếp tục quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ nữa, ta ngưng kích thích pha BB’, và kích thích pha CC’. Tóm lại, thứ tự kích xung sẽ là A+,B+,C+.

Hình 4.19 a. sự bắt đầu của bước .  b. sự hoàn thành của bước .

Động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại nếu ta thay đổi chiều tác dụng lên các pha: ví dụ: để động cơ quay theo chiều kim đồng hồ, ta lần lượt cho xung kích theo thư tự ngược lại tức  là vào các pha AA’, CC’, BB’ hay ta viết A+,C+,B+. c. Điều khiển động cơ bước. * Có ba phương pháp điều khiển động cơ bước: + điều khiển bước đủ (full step) + điều khiển nửa bước (half step) + điều khiển vi bước (microstep) * Điều khiển bước đủ: Điều khiển bước đủ của một động cơ bước là nói đến chuyển động đủ của một bước khi có một xung tín hiệu vào. + Điều khiển bước đủ cho động cơ từ trở thay đổi. Ví dụ, ta cần điều khiển động cơ bước từ trở thay đổi như trong hình 4.18 quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ: số bước của động cơ này là: S = 3 x 4 = 12 bước cho một vòng quay, tức mỗi bước động cơ này quay được một góc 30 0. Để điều khiển nó, ta cho các xung lần lượ t kích xung theo thứ tự A+,B+,C+ . Một hệ thống điều khiển vòng hở cho động cơ bước này được minh họa trên hình 4.20.

69

Xung

Mạch

Pha A

logic

Pha B

tuần tự

Pha C

Pha A

Bộ khuyếch đại

Động cơ 

Pha B

 bước

Pha C

Hình 4.20 sơ đồ của hệ thống truyền động của động cơ  bước

 Như đã đề cập ở trên, để điều khiển động cơ bước, ta kích hoạt tuần tự các pha của động cơ  bước. Để đạt được điều này, người ta sử dụng mạch tuần tự (hình 4.22) với sự kết hợp của các Flip-Flop (hình 4.21 ) để tạo ra các xung tác động tuần tự

Hình 4.21

lên các pha AA’, BB’, CC’.

J 0 0 1

K 0 1 0

Q(t+1) Q(t) 0 1

1

1

Q(t )

a. Flip-Flop  b. Bảng đặc tính

Hoạt động Không thay đổi Reset Set nhận giá trị Q (t )

Hình 4.22 a. Mạch tuần tự  b. Bảng sự thật

+ Điều khiển bước đủ cho động cơ nam châm vĩnh cửu: Ví dụ, ta cần điều khiển động cơ bước nam châm vĩnh cửu trên hình 4. 17 quay theo chiều kim đồng hồ: số bước của động cơ này là 20, mỗi bước quay được một góc l à 18 0. Để điều khiển nó, ta lần lượt kích các xung các cực theo thứ tự A+, B+, A-, B-. Hình 4.23 , mô tả nguyên lý điều khiển động cơ loại này. 70

 b. Một bước

a. Vị trí ban đầu

c. Hai bước d. Ba bước Hình 4.23 Điều khiển nửa bước động cơ nam châm vĩnh cửu (2 pha, 10 răng rôto) . * Điều khiển nửa bước:

Điều khiển nửa bước là quá trình điều khiển động cơ bước quay một góc bằng với một nửa góc quay của một bước đủ ứng với mỗi nhịp điều khiển . Việc điều khiển này được thực hiện  bằng cách áp dòng xung điện cho cả hai pha tại vị trí nửa bước giữa hai bước đủ. Ví dụ: góc  bước đủ của động cơ bước hình 4.1 8 là 300 thì điều khiển nửa bước động cơ này sẽ tạo ra chuyển động quay là 15 0 ứng với mỗi lần cấp xung điều khiển. + Điều khiển nửa bước đối với động cơ bước nam châm vĩnh cửu:

Ví dụ: ta cần điều khiển nửa bước cho động cơ bước nam châm vĩnh cửu như hình 4. 17 (động cơ này có số bước đủ là S=20, góc quay mỗi bước đủ là 18 0) với số nửa bước đủ cho một vòng quay là S h=40, góc quay nửa bước đủ là

9 0. Để thực hiện việc điều khiển này, ta lần lượt

kích xung theo thứ tự: A+, A+B+,B+, B+A -,A-, A-B-,B-,B-A+. Cần chú ý: đối với các lần cấp xung cho hai pha cùng một lúc, độ lớn của dòng điện cấp cho các pha là I =/0,707.IMAX/. Hình 4.24

mô tả ba nửa bước đầu tiên được thực hiện.

71

I B  = 0.707I  Max

a. V trí ban đầu

 b. Một nửa bước

I B  = 0.707I  Max

c. Hai nửa bước

d. Ba nửa bước

Hình 4.24 Điều khiển nửa bước động cơ nam châm vĩnh cửu (2 pha, 10 răng rôto) .

+ Điều khiển nửa bước đối với động cơ bước từ trở thay đổi: Ví dụ: ta cần điều khiển nửa bước động cơ bước từ trở thay đổi có cấu tạo như hình 4.18  quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, (động cơ này có số bước đủ là S = 12, góc quay của một  bước đủ là 300) với số nửa bước cần điều khiển để động cơ quay một vòng là S h = 24, và góc quay nửa bước là 15 0. Để điều khiển nửa bước động cơ này, ta lần lượt cho xung kích vào các  pha theo thứ tự A+, A+B+, B+, B+C+, C+, C+A+. Để điều khiển động cơ bước này theo chiều quay ngược lại, ta đảo chiều thứ tự kích xung trên. * Điều khiển vi bước: + Trong điều khiển nửa bước ta đã thấy, rôto có thể định vị tại vị trí nửa bước giữa hai bước

đủ bằng cách cung cấp dòng cho cả hai pha. Kỹ thuật điều khiển vi bước thực chất là sự mở rộng của kỹ thuật này với nhiều điểm giữa hơn bằng cách sử dụng các giá trị dòng điện khác

72

nhau tại mỗi thời điểm. Giá trị các dòng điện yêu cầu của các pha cho mỗi vi bước được tính như sau:  90n  IA = cos   I MAX   s    90n  IB = sin   I MAX   s  

trong đó IMAX : là giá trị lớn nhất của dòng điện, (ampere) IA : là dòng điện của pha A, (ampere) IB : là dòng điện của pha B, (ampere)

n: là số vi bước tính từ vị trí đầu s: là số vi bước trong một bước đủ +

Độ lớn của mỗi vi bước thường được sử dùng là 1/10, 1/16, 1/32, 1/125 của một bước đủ.

Để hình dung được khả năng tăng độ phân giải trong động cơ bước, ta xét một ví dụ dưới đây. + Ví dụ: ta chọn động cơ bước nam châm vĩnh cửu như trong hình 4.1 7 với số bước đủ trong

một vòng quay là S = 20 bước/vòng. Nếu ta sử dụng 125 vi bước trong mỗi bước đủ, thì độ  phân giải hay số vi bước trong một vòng quay sẽ là 20 x 125 = 2500 vi bước/vòng. + Ví dụ: tính dòng điện của hai pha A và B cho 10 vi bước đầu tiên của động cơ bước hình 4.17. Áp dụng công thức trên ta có bảng giá trị dòng điện của các pha A và

B như sau:

 Bảng giá trị địện thế ứng các pha ứng với các vi bước Vi bước

Góc (0)

IA/IMAX

IB/IMAX

0

0

1,000

0.000

1

1,8

0,988

0,156

2

3,6

0,951

0,309

3

5,4

0,891

0,454

4

7,2

0,809

0,588

5

9

0,707

0,707

6

10,8

0,588

0,809

7

12,6

0,454

0,891

8

14,4

0,309

0,951

9

16,2

0,156

0,988

10

18

0.000

1,000

4.2.2.4 Hệ thống thủy lực . * Hệ thống thủy lực được dùng rộng rãi để truyền động cho các máy công cụ công suất cao vì

chúng có công suất lớn nhưng kích thước tương đối nhỏ. Hệ thống này có thể đạt gia tốc góc 73

maximum lớn hơn nhiều so với động cơ DC. Với hệ thống này, máy hoạt động rất êm. Nhược điểm của hệ thống này là vấn đề bảo trì và sự rò rỉ dầu từ các đường truyền và các bộ phận của hệ thống. Một yêu cầu khác nữa là dầu phải được giữ sạch, tránh nhiễm bẩn. * Một hệ thống thủy lực bao gồm các bộ phận cơ bản như thể hiện trên hình 4.2 5. Bơm thuỷ lực Tín hiệu đk 

Van

đk  Khuyếch đại

Hình 4.25 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống thủy lực.

Bàn máy

Trục vít me

Động cơ  thuỷ lực Thùng dầu

4.2.3. Vít me đai ốc bi.

* Một bộ phận rất quan trọng trong các máy NC và CNC là vít me đai ốc bi. Chúng được sử dụng để thay thế các trục vít me thông thường nhờ vào các ưu điểm như hiệu suất cao, sự định vị và khả năng lặp lại vị trí rất cao, mô men khởi động thấp, dễ dàng khử khe hở, tuổi thọ cao. * Một vít me đai

ốc bi đơ n giản là một  vít me hoạt động  trên những  viên bi đỡ , như đượ c

minh họa trên hình 4.26. B ề mặt ren của tr ục vít me

đượ c tôi cứng. Đai ốc của nó bao gồm

một dãy các viên bi mà nó tu ần hoàn trên một đường giống nhau. Các bi ch ưa hoạt động đượ c mang từ

đầu này đến đầu kia của đai ốc nh ờ  vào một ống hồi  về. Bằng cách này, ma sát tr ượ t

hiện h ữu ở  nh ững đai

ốc thông thường s ẽ đượ c thay thế b ở i ma sát lăn. Nhờ   vào ma sát thấp

hơ n, các vít me đai ốc bi có hi ệu suất đến 90% ho ặc cao hơ n nữa.

Mặt bích Đai ốc bi Bi

Đường ren Bộ phận kẹp Ống hồi bi Vít me

Hình 4.26 Vít me đai ốc bi.

74

4.2.4. Máy phát tốc .

Máy phát tốc là một máy phát điện một chiều được sử dụng để đo vận tốc góc. Cấu tạo của máy bao gồm: phần ứng (gồm các khung dẫn) quay tự do được đặt trong từ trường được tạo  bởi hai cực của một nam châm vĩnh cửu (hình 4.27). Hai đầu cuối của khung dẫn được nối với cổ góp có chổi quét giúp biến đổi dòng điện cảm ứng xoay chiều trong khung dẫn thành dòng một chiều ở đầu ra. Khi phần ứng quay sẽ tạo ra một điện thế một chiều ở đầu ra mà tỉ lệ thuận với vận tốc góc của phần ứng. Mối quan hệ giữa vận tốc góc của phần ứng và điện thế được thể hiện trong phương trình dưới đây:  E  K  E  S 

 K  E  

30 K  E    

2  R B N L 60

 N

S

Trong đó:

Thanh dẫn

E : điện thế đầu ra, (volt)

Chổi điện

K E: hằng số sức điện động (volt/vò ng/phút)

S: vận tốc góc (vòng/phút) : vận tốc góc (radian/giây)

Cổ góp Hình 4.27

Máy phát tốc một chiều.

R: bán kính trung bình của phần ứng (m) B: cảm ứng từ của từ trường (mật độ từ thông) weber/m2  N: số thanh dẫn hiệu dụng L: chiều dài mỗi thanh dẫn (m) 4.3 Truyền động chuyển động chính.

Chuyển động chính của máy NC có nhiều điểm khác biệt so với máy công cụ thông thường như: công suất truyền động lớn hơn nhiều lần, phạm vi điều chỉnh vận tốc lớn và ít thay đổi vận tốc trên một nguyên công. Truyền động chuyển động chính của máy NC có thể được thực hiên bởi động cơ không đồng  bộ 3 pha, hay động cơ điện một chiều. So với các máy công cụ thông thường, số cấp tốc độ điều chỉnh của máy NC ít hơn và hộp số cũng đơn giản, nhỏ gọn hơn.

75

CHƯƠNG V CẤU TRÚC VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG MÁY NC

Máy NC bao gồm hai phần chính: phần điều khiển và phần động lực. Phần điều khiển đã được xét đến ở các chương trước. Phần động lực sẽ được trình bày trong chương này. 5.1 Đặc điểm các cơ cấu máy NC. Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững và năng suất của máy NC cao hơn các máy công cụ truyền thống, xích truyền động của máy NC và CNC nói chung phải ngắn với việc dùng các các nguồn truyền động riêng rẽ và các truyền động cơ khí được thay bởi truyền động điện, dầu ép…. Dưới đây ta sẽ xem xét các bộ phận cơ bản của máy NC. 5.1.1 Các bộ phận cơ bản. Các bộ phận cơ bản của máy NC như thân máy, sống trượt, trụ, bệ, v.v… phải rất cứng vững. Sống trượt máy NC phải có độ chịu mòn cao. Để giảm ma sát cho sống trượ t có thể dùng các con lăn (sống lăn –  hình 5.1) hay sống trượt dầu ép (hình 5.2).

Hình 5.1

sống lăn.

Hình 5.2

sống trượt dầu ép.

5.1.2 Các bộ phận truyền động chuyển động chính. Chuyển động chính trên máy NC có thể thực hiện bằng truyền động phân cấp hoặc vô cấp. -

Ở truyền động phân cấp: người ta dùng hộp tốc độ bánh răng di trượt, hộp tốc độ tự động,

hoặc động cơ có nhiều cấp vận tốc. - Đối với truyền động vô cấp: dùng các cơ cấu bằng cơ khí, động cơ điện một chiều, hệ thống

dầu ép….

Hình 5.3

truyền động phân cấp. 76

Hình 5.4

truyền động vô cấp.

5.1.3 Các cơ cấu truyền động chuyển động điều chỉnh (chuyển động chạy dao) . Các cơ cấu thực hiện chuyển động điều chỉnh cũng cần phải có độ cứng vững cao, chuyển động êm. Để đáp ứng được các yêu cầu này, người ta thường dùng các ổ thủy tĩnh, vítme đai ốc bi, sống lăn, sống trượt dầu ép, xích truyền động ngắn, các cơ cấu định vị chính xác. Các động cơ thao tác nhanh như động cơ bước, động cơ điện một chiều, động cơ dầu ép thường được dùng trong máy NC nhờ chúng đảm bảo hiệu suất truyền động cao, độ cứng vững và độ chính xác ban đầu. Trong xích c huyển

động chạy dao cũng thường dùng các ly hợp điện từ như ở xích chuyển

động chính vì chúng đảm bảo cho việc thay đổi tốc độ chạy dao, đảo chiều một cách nhanh chóng, dễ dàng.

Hình 5.5 Các dạng hộp chạy dao trong máy NC. a. Hộp chạy dao dùng động cơ bước  b. Hộp chạy dao dùng li hợp điện từ c. Hộp chạy dao sử dụng bộ phận khử khe hở  77

5.1.4 Các cơ cấu phụ. Để tăng năng suất và các khả năng khác của máy NC, các cơ cấu phụ đặc biệt trên máy NC được sử dụng như: cơ cấu cấp dao tự động, tay máy, đầu rơvôlve, cơ cấu tháo lắp chi tiết, tháo lắp dao… 5.2 Phân loại máy NC. Về nguyên tắc, máy NC có thể phân loại theo chức năng như máy truyền thống: -

Máy tiện NC

-

Máy khoan –  doa NC

-

Máy phay NC

 Ngoài ra, máy NC còn có thể phân loại theo đặc điểm chuyển động của dao cắt: -

Máy NC có dao cắt đứng yên

-

Máy NC có dao cắt quay

5.2.1 Máy tiện NC.  5.2.1.1 Đặc điểm chung .

Là loại máy có số lượng nhiều nhất và đa dạng nhất trong các loại máy NC. Hầu hết máy tiện  NC đều sử dụng hộp tốc độ tự động với động cơ điện một chiều, ly hợp điện từ, nên xích truyền động ngắn, và có thể tự thay đổi vận tốc cắt trong thời gian gia công.  5.2.1.2 Máy tiện NC 16K20T1.

1. Đặc tính kỹ thuật - Đường kính lớn nhất có thể gia công: + Trên thân máy:

400 mm

+ Trên bàn máy:

215 mm

- Chiều dài đường kính lớn nhất có thể gia công:

l = 900 mm

- Đường kính lỗ của trục chính:

53 mm

- Số vòng quay của trục chính:

n = 22,4  2240 v/f

- Lượng chạy dao:

dọc:

s1 = 0,01  2,8 mm/v s2 = 0,005  1,4 mm/v

ngang: - Lượng chạy dao nhanh:

dọc:

s1n = 0,01  2,8 mm/v s2n = 0,005  1,4 mm/v

ngang: - Lượng di động bàn máy trên một

dọc: ngang:

xung: s1n = 0,01 mm s2n = 0,005 mm

- Bước ren có thể cắt:

t p = 0,01  40,96 mm

- Công suất động cơ chính:

Nđc = 11kW

78

Hình dáng chung của máy tiện NC 16K20T1. 1: thân máy; 2: bàn trượt; 3: ụ trục chính; 4: tủ điều khiển; 5: nắp đậy di động; 6: đầu rơvôlve; 7: ụ động; 8: tủ thiết bị điện; 9: bảng điều khiển. Hình 5.6

2. Sơ đồ động Sơ đồ động máy 16K20T1 được trình bày trên hình (V -8).

Hình 5.7

Sơ đồ động của máy tiện 16K20T1.

Mạch động lực của máy bao gồm các xích như sau: a. Xích chuyển động chính. Từ động cơ Đ 1  –  puli đai truyền

 105  264

-

I. Từ đây, trục chính được đảm bảo ba phạm vi cấp

tốc độ: 22,4315, 63900 và 1602240v/f. Mỗi phạm vi vận tốc này được điều chỉnh vô cấp  bằng cách thay đổi tần số động cơ điện Đ 1. Các phạm vi tốc độ này có đường truyền như sau: 79

-

Từ trục II, qua các cặp bánh răng 3 -4, 5-6, 7- 8 đến trục chính  III (khối bánh răng 6+7 không nắm trên trục II)

-

Từ trục II, qua cặp bánh răng 8-9 đến trục chính III (bánh răng 4 ra khớp bánh răng 3 ).

-

Từ trục II, qua cặp bánh răng 1-10 đến trục chính III (bánh răng 4 ra khớp  bánh răng 3).

b. Xích chạy dao ngang. Thực hiện lượng di động dọc theo tọa độ X từ động cơ điện một chiều Đ 2, qua cặp bánh răng 14-15

đến trục vítme đai ốc bi có bước ren t x = 5mm. Mối liên hệ ngược được đảm bảo bởi

đatric quang xung BE1. c. Xích chạy dao dọc. Thực hiện lượng di động dọc theo tọa độ Z từ động cơ điện một chiều Đ 3, qua cặp bánh răng 16-17 quay trục vítme đai ốc bi có bước ren t x = 10mm. Đatric thực hiện mối liên hệ ngược là BE1.

d. Xích quay đầu rơvôlve. Để quay đầu rơvôlve 6 cạnh, người ta dùng động cơ điện một chiều Đ 4 thông qua cặp bán h răng 18-19 và trục vít -bánh vít 20-21.

Hình 5.8

đầu rơvôlve 6 dao.

Động cơ điện Đ5 được dùng để truyền động bơm bánh răng cung cấp dầu cho hệ thống bôi trơn trung tâm. 5.2.2 Máy khoan đứng NC 2P135  2. Đặc điểm của máy loại này là vừa có thể khoan vừa có thể doa và đôi khi có thể phay. Việc có thể thực hiện một số nguyên công trên cùng một máy giúp tăng năng suất cao. 1. Đặc tính kỹ thuật. - Đường kính lớn nhất của

mũi khoan:

- Ren lớn nhất có thể cắt:   - Đường kính lớn nhất của

35 mm M24

dao phay:

100 mm

- Lượng di động lớn nhất của đầu rơvôlve:

560 mm

- Lượng di động lớn nhất của đầu rơvôlve:  

560mm

- 12 cấp vòng quay trục chính:

n = 31,5  1400 v/f 80

- 18 cấp lượng chạy dao theo trục Z:

s = 10  500 mm/f

- Lượng chạy dao nhanh theo trục Z:

3850 v/f

Theo trục X’, Y’:

3800 v/f

- Kích thước bàn máy:

400 x 630 mm

Hình 5.9 Máy

khoan 2P1352.

2. Sơ đồ động. a. Xích chuyển động chính. Từ động cơ điện Đ1 – trục I, thông qua các tỉ số truyền

30 36 42 (các tỉ số truyền này do các , , 42 36 30

li hợp điện từ L1, L2, L3 điều khiển) đến trục II. Truyền động từ trục II đến trục III thông qua các tỉ số truyền

42 24 nhờ vào các li hợp L4 và L5. , 30 48

 Nếu đóng li hợp L 6, truyền động từ trục III được đưa thẳng sang trục V, sau đó qua cặp bánh răng côn truyền XI 

21 21

đến trục VI, thông qua các tỉ số truyền

31 49 . 49 47

đến trục IX, và từ đây qua tỷ số truyền

35 35 . đến 35 44 47 35

trục VII và thông qua tỉ số

để quay một trong sáu trục chính từ

XVI (mỗi trục chính đều có lắp bánh răng z = 35). Với xích này, các trục chính sẽ nhận

được 6 cấp tốc độ cao n = 1440, 1000, 710, 500, 355 và 250 v/f. Để nhận được các tỉ số truyền thấp, li hợp 6 sẽ bị ngắt, và li hợp 7 được đóng lại, chuyển động từ trục III thông qua tỉ số truyền

24 48

và đến trục VI thông qua tỉ số truyền

đến trục IV và thông qua tỉ số truyền 21 21

14 56

để đến trục V

. Từ trục VI, thông qua các tỉ số truyền như trên để đi

đến các trục chính. 81

Hình 5.10

sơ đồ động máy khoan 2P1352.

b. Xích chuyển động chạy dao đứng. Xích chạy dao đứng di động bàn dao mang đầu rơvôlve được thực hiện từ động cơ điện một chiều Đ2 có công suất N 2 = 1,3kW và n 2 = 522600 v/f, qua cặp bánh răng

13 86

(đòng li hợp

82

L9), thông qua các tỉ số truyền

37 37 4 , trục vít - bánh vít . 37 37 25

làm trục vítme đứng có t x = 8mm

quay. Ngoài ra, trên trục XVII có lắp li hợp hãm điện từ 10 để hãm động cơ Đ 2 khi đảo chiều. Để thực hiện chuyển động nhanh bàn dao, từ Đ 2 thông qua cặp bánh răng L8) đến trục XVII và thông qua tỉ số truyền trục vít - bánh vít

4 25

37 37

(bằng cách đóng

làm trục vítme đứng có t x =

8mm quay.

c. Xích quay đầu rơvôlve. Xích quay đầu rơvôlve được thực hiện từ động cơ Đ 3, có công suất N3 = 0,70,9kW và n3 = 14002700v/f 1 28

qua cặp bánh răng

và cặp bánh răng

17 58

20 69

với việc đóng li hợp L 11, sau đó qua trục vít -bánh vít

để quay đầu rơvôlv e.

d. Xích đẩy dao. Để đẩy dao ra khỏi trục chính đầu rơvôlve, ta cũng sử dụng động cơ Đ 3 qua các tỉ số truyền 20 69

,

69 56

với việc đóng li hợp điện từ L 12. Sau đó, truyền động qua trục vít - bánh vít

 bánh răng trụ

20 69

1 25

, cặp

quay trục XXI, trên đó lắp cơ cấu lệch tâm a 2.

e. Đầu cắt ren

Đầu cắt ren dùng để cắt ren bằng tarô. Nó có thể lắp vào bất kỳ vị trí nào của đầu rơvôlve. Khi cắt ren, người ta dùng các mẫu trục vít – đai ốc có các bước ren khác nhau. Trong cơ cấu cắt ren, có cơ cấu điều chỉnh cắt ren theo chu kỳ: quay thuận để cắt ren, đảo chiều để tháo ren. Toàn bộ chu kỳ làm việc được thực hiện bằng hệ thống điện.  5.2.3 Máy phayUWF 802M.

1. Đặc điểm. Đây là loại máy phay NC vạn năng, đơn giản về mặt điều khiển. Vì máy có cả trục phay đứng và ngang, và bàn xoay góc nên phạm vi sử dụng rất rộng. Máy có thể dùng để gia công mặt  phẳng, mặt nghiêng, gia công các loại bánh răng, các loại rãnh định hình, rãnh then, gia công lỗ, lỗ nghiêng…. Về mặt công nghệ: hệ thống điều khiển máy UWF 802M là hệ thống điều khiển theo đoạn, khi gia công chỉ điều khiển theo từng trục một.

83

Hình 5.12 Máy

phay UWF 802M.

2. Đặc tính kỹ thuật. - Động cơ chính (động cơ điện

xoay chiều 3 pha): 84

+ công suất

3 kW

+ tốc độ động cơ:

1420 v/f

+ 18 cấp số vòng quay trục chính

71  3350 v/f

- Động cơ điện một chiều (servo) thực hiện các chuyển động:

+ tốc độ lớn nhất

3000 v/f

+ mômen động cơ truyền động cho các trục

5000 Nm

+ lượng chạy dao vô cấp của:  bàn máy tr ượt dọc (X):

2  1600 mm/f

Đầu trượt ngang (Y):

2  1600 mm/f

+ tốc độ chạy dao vô cấp của bàn máy trượt đứng (Z): 2  1000 mm/f - Tầm làm việc của các bàn máy:

+ bàn di động dọc trục X:

500 mm

+ đầu trượt di động ngang theo trục Y:

430 mm

+ bàn di động thẳng đứng

400 mm

- Kích thước và trọng lượng của máy:

+ khối lượng:

1800 kg

+ kích thước: dài x rộng x cao

3,38 x 2,80 x 1,95 m

- Hệ thống điều khiển:

điều khiển đoạn.

3. Một số hệ thống của máy. a. hệ thống tưới trơn làm nguội: Hoạt động của hệ thống: dung dịch  bôi trơn làm nguội được bơm lên  bởi bơm 1, đi theo đường ống dẫn 2 có van tiết lưu 3. Nếu van được mở, dung dịch sẽ đi vào ống tưới được nối liền 4. Ống tưới này sẽ hướng dung dịch bôi trơn vào nơi mà kim loại đang được gia công. Từ đó dung

dịch sẽ chảy xuống khay

đựng phoi 5, qua lỗ thoát có tấm chặn phoi, theo đường ống 8 trở về  bể chứa dung dịch 6. Trong bể 6 còn có tấm lọc 7.

Hệ thống tưới trơn làm nguội máy phay UWF 802M. Hình 5.13

85

b. Hệ thông bôi trơn dầu tuần hoàn trong đầu trượt. Vì phần làm việc động lực chủ yếu là hộp tốc độ nên đầu trượt mang trục phay 1 được trang  bị riêng một hệ thống dầu bôi trơn tuần hoàn. Với hệ thống này, dầu  bôi trơn có thể được hút từ phía dưới đầu trượt  bởi bơm dầu 4 và được đưa qua bộ trao đổi nhiệt 5 sau khi đi qua

Hình 5.14

Hệ thống bôi trơn trong đầu

trượt của máy phay UWF 802M.  bộ lọc 7 và ống bù nhiệt 9. Khi đi qua bộ trao đổi nhiệt, dầu được làm mát đi, và kế đến dầu được đưa vào ống phun để đi đến những điểm thích hợp (các bề mặt tiếp xúc của các bánh răng, và các ổ đỡ) trong đầu trượt. Trong khi dầu đang chảy trong đầu trượt, một sự trao đổi nhiệt với các bộ phận xảy ra, vì vậy mà các bộ phận bên trong đầu trượt luôn được làm mát và nhiệt độ được giữ ổn định. Sau khi bôi trơn, dòng dầu này lại rơi xuống đáy đầu trượt và lại được hút lên bởi bơm 4 qua ống hút 3 để tiếp tục một vòng tuần hoàn mới. c. Hệ thống bôi trơ n trung tâm. Khác với hệ thống trên (chỉ có nhiệm vụ bôi trơn cục bộ cho các bánh răng và ổ lăn cho hộp tốc độ trong đầu trượt), hệ thống bôi trơn trung tâm có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát như các sống trượt, các bánh răng truyền động, các ổ lăn còn lại trong toàn hệ thống. Dầu được đưa lên bộ phân phối 10 bằng ống dẫn 2 nhờ bơm 1. Từ bộ phân  phối có sáu đường 10, dầu

Hệ thống bôi trơn trung tâm của máy phay UWF 802M. Hình 5.15

86

được đưa đến các bộ phận cần bôi trơn theo các đường ống dẫn dầu 6, 7, 4, 8, 3. Theo đường ống dẫn 3, dầu được dẫn đến bộ phân phối mười đường 12 và bộ phân phối 6 đường 11 để đi tới các vị trí cần bôi trơn. d. Hệ thống thuỷ lực tháo và kẹp dao. Hình 5.16a mô tả sơ lược hệ thống kẹp dụng cụ. Khi muốn gắn dụng cụ vào hệ thống kẹp, ta

cho trục (1) đi xuống, lắp dụng cụ vào, và cho trục (1) di động lên sẽ kéo lò xo lá (2) lên theo làm cho lò xo (2)

kẹp, giữ dụng cụ lại. Trong trường hợp tháo dụng cụ cắt ra, ta cho trục (1) đi

xuống, đẩy lò xo (2) đi xuống làm cho lò xo (2) mở ra, đồng thời khi trục (1) đi xuống cũng đẩy dụng cụ ra khỏi áo côn, sau đó trục (1) lại được rút lên. Như vậy nếu ta dùng một bộ phận để đẩy hoặc kéo trục (1) thì việc tháo và lắp dao nhanh hơn máy phay thông thường rất nhiều. Hình 5.16b

trình bày hệ thống tháo và kẹp dao cho cả trục phay đứng và trục phay ngang. Hệ

thống này bao gồm: bơm thủy lực dùng động cơ điện ba pha 3, van giảm áp (4) duy trì áp suất ở 125 bar, van một chiều (5) giúp ngăn cản dầu trong các ống chảy về bể khi hệ thống ngừng hoạt động, công tắc áp suất 6 sẽ bật lên khi áp suất dầu đạt đến  115 bar, van 3/2 (7) có trạng thái ô bên dưới tác động bằng lò xo và ô bên trên tác động bằng điện (công tắc nới lỏng), van 3/2 (8) có trạng thái bên trái tác động bằng cơ và trạng thái bên phải tác động bằng lò xo,  piston tác động một chiều (9) có nhiệm vụ đẩy và kéo trục (1) của hệ thống kẹp trục phay ngang, và piston tác động một chiều (10) có nhiệm vụ đẩy và kéo trục (1) của hệ thống kẹp trục phay đứng. Hoạt động của hệ thống như sau: khi ta sử dụng đầu phay ngang để gia công, do tác động của lò xo mà

van (8) có trạng thái hoạt động là ô bên phải; nếu ta nhấn công tắc nới lỏng (7)

(trạng thái hoạt động của van (7) là ô bên trên) sẽ cho dầu đi qua van (8) để đi vào buồng làm việc bên phải của piston (9), đẩy piston (9) đi ra, piston (9) đi ra sẽ thúc vào trục (1) để đẩy trục (1) đi ra, nếu ta không tác động vào công tắc nới lỏng nữa, van (7) do tác động của lò xo (có trạng thái làm việc là ô bên dưới) sẽ ngắt đường dầu dẫn vào buồng làm việc bên phải của  piston (9), dưới tác dụng của lò xo piston (9) lui về động thời cũng kéo trục (1) lui về ở vị trí kẹp. Khi ta không sử dụng đầu phay ngang mà sử dụng đầu phay đứng, ta phải quay đầu phay đứng vào vị trí làm việc, một bộ phận của nó sẽ tác động vào van (8) làm cho van (8) có trạng thái hoạt động là ô bên trái, đường dầu có áp suất lúc này được dẫn vào piston (10) và các hoạt động cũng diễn ra tương tự như trên.

87

Hệ thống thủy lực tháo và kẹp dao của máy phay UWF 802M. a. Đầu lắp dụng cụ.  b. Hệ thống thủy lực. Hình 5.16

4. Sơ đồ động của máy NC UWF 802M. a. Xích chuyển động chính. Xích chuyển động chính được thực hiện từ động cơ  điện xoay chiều Đ1 có N3 = 3 kW và n3 = 1420 v/f, qua tỉ số truyền của cặp bánh đai i 0 = 1.241, đi đến trục I. Từ trục I, xích thông qua  ba tỉ số truyền i 1 = 0.354 (Z1/Z4), i 2 = 0.711 (Z3/Z7), i 3 = 1.407 (Z2/Z6), để đi đến trục II. Sau đó, xích qua ba tỉ số truyền để đi đến trục III là i 4 = 0.897 (Z7/Z10), i5 = 1.137 (Z5/Z9), i6 = 1.442 (Z8/Z11).

Từ trục III, nếu ta gạt bánh răng di trượt Z15 sang trái, li hợp L0 vào khớp và

trở thành khớp nối giữa hai trục III và V, ta có 9 cấp tốc độ nhanh từ 560 3550 v/f. Và cũng từ trục III, nếu ta gạt bánh răng di trượt Z 15 sang phải, xích sẽ đi từ trục III qua trục IV nhờ 88

cặp bánh răng Z12/Z13 (i') và từ trục IV đến trục V thông qua cặp bánh răng Z 14/Z15 (i”) với tỉ số truyền từ trục III đến trục V là i 7 = i'.i” = 0.127 để thực hiện 9 cấp tốc độ chậm từ 71450v/f. Trục V là trục dẫn truyền trực tiếp ra

đầu phay đứng. Nếu ta gạt bánh răng di trượt

Z16 sang trái vào khớp với bánh răng Z 17 (Z16/Z17 = 1), xích sẽ truyền động từ trục V sang trục

VI để dẫn truyền cho đầu phay nga ng.

Hình 5.17

Sơ đồ động của máy phay UWF 802M.

89

Hình 5.18

lưới kết cấu hộp tốc độ trục chính của máy phay UWF.

 b. Xích chạy dao. Máy phay UWF 802M sử dụng một động cơ một chiều Đ 2 có vận tốc vòng lớn nhất n = 3000 v/f để thực hiện chuyển động chạy dao theo ba trục X, Y, và Z thông qua các ly hợp điện từ

90

L1, L2 và L3

được điều khiển bởi trung tâm điều khiển. Ngoài ra máy còn có đường hồi tiếp

tín hiệu lượng di động về trung tâm điều khiển.  Xích di động đầu trượt theo phương Y:

Xích này bắt đầu từ động cơ Đ 2, qua cặp bánh đai có tỉ số truyền i 1 = 0,286 (D1/D2) đến trục I. Từ trục I, qua tỉ số truyền của cặp bánh đai răng i 2 = 0.411 (D3/D4), xích đi đến trục II. Từ trục II, nếu li hợp điện từ L2 vào khớp và trở thành khối nối giữa hai trục II và III, lúc này trục III sẽ truyền động cho trục vítme đai ốc bi tx = 6mm, thông qua tỉ số truyền của cặp bánh đai răng i3 = 0.757 (D5/D6) để thực hiện chuyển động ngang theo phương Y.  Xích di động bàn trượt

dọc theo phương X:

Xích này cũng bắt đầu từ động cơ Đ 2, qua cặp bánh răng nón có tỉ số truyền i 1 = 0.333 (Z1/Z2). Bánh răng nón Z 2 có thể vừa truyền động, vừa cho phép trục then hoa I di trượt. Nếu li hợp điện từ L1 hoạt động, trục then hoa I sẽ truyền động cho trục vítme đai ốc bi có t x = 6mm nhờ vào cặp bánh răng nón có tỉ số truyền i 2 = 0,267 (Z7/Z8) để thực hiện chuyển động của bàn máy dọc theo trục X.  Xích di động bàn trượt

đứng theo phương Z:

Động cơ Đ2 truyền động cho trục then hoa I thông qua cặp bánh răng có tỉ số truyền i 1 = 0.333 (Z1/Z2). Nếu li hợp điện từ L 3

vào khớp, trục then hoa I sẽ truyền động cho trục II’ thông qua

cặp bánh răng có tỉ số truyền i' 2 = 0.5 (Z3/Z4). Trục II’ sẽ truyền động cho trục vítme đai ốc bi có t x

= 6mm qua cặp bánh răng có tỉ số truyền i 3 = 0.333 (Z5/Z6) để thực hiện lượng di động

thẳng đứng theo phương Z.

91

CHƯƠNG VI TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 6.1 Đặc điểm của trung tâm gia công. 

Tập trung nguyên công: đây cũng là ưu điểm của máy CNC so với các máy NC. Khả năng

gia công nhiều nguyên công sau một lần gia công giúp máy CNC có năng suất cao hơn máy  NC thông thường. 

ơ cấu cấp dao tự động: So với các cơ cấu cấp dao tự động của máy NC, các cơ cấu cấp

C 

dao tự động của máy CNC có thể chứa nhiều dao hơn.  Bàn máy phụ hoặc đồ gá: phần lớn các máy CNC có các thiết bị phụ này để kẹp phôi, và



cấp phôi theo chu kỳ; do vậy giúp giảm tối thiểu thời gian phụ để tháo lắp và kẹp chặt phôi.  Độ chính xác ở nguyên công chính: cấp 6 và 7.





Cấu trúc: các máy CNC thường dùng hệ thống điều khiển đường nên có thể gia công được

các loại đường cong và bề mặt khác nhau. Xích chuyển động chính và chuyển động chạy dao rất ngắn và là truyền động vô cấp với phạm vi điều chỉnh vận tốc và lượng chạy dao lớn. Do các xích truyền động ngắn nên độ cứng vững và độ tin cậy rất cao.  Phân loại máy CNC: CNC có thể phân loại theo nhóm dựa trên các chức năng chủ yếu mà chúng thực hiện: máy tiện-khoan CNC, máy phay-khoan- doa CNC, nhóm máy CNC đặc biệt. CNC cũng có thể phân làm hai loại: CNC có trục đứng và nằm ngang.

Hình 6.1 Hình dáng chung của các loại trung tâm gia công. Hình 6.1 thể hiện các loại máy CNC. Hình 6.1(a) trình bày loại CNC có trục đứng với đầu rơvôlve (1) và cơ cấu chứa dao tự động

(2) đặt trên trụ máy. Hình 6.1(b) và (c) thể hiện hình dáng của các loại CNC với trục nằm ngang với trục chính (3), cơ cấu chứa dao (4), cơ cấu cấp dao (5) và bàn máy (6). Tùy theo từng máy, các bàn máy

92

C NC có thể quay hoặc di động; nhờ vậy, máy CNC có thể gia công các mặt khác nhau của chi

tiết. 6.2 Cơ cấu đặc biệt. 6 .2.1 Cơ cấu cấp dao và chứa dao tự động. 

Cơ cấu cấp dao : các cơ cấu cấp dao tự động có thể được phân thành ba loại: -

Cấp dao bằng đầu rơvôl ve.

-

Cấp dao bằng tay máy.

-

Cấp dao hỗn hợp (sử dụng cả đầu rơvôlve và tay máy)

a.

c.

b.

d.

Hình 6.2 Các loại đầu rơvôlve của các má y CNC.  Đầu rơvôlve: Hình 6.2 mô tả các loại đầu rơvôlve :

Hình 6.2 (a) thể hiện đầu rơvôlve dạng trụ hướng kính có trục quay thẳng đứng; các dụng cụ cắt được lắp bên mặt hông và có trục vuông góc với trục quay của rơvôlve. Hình 6.2 (b) trình bày đầu rơvôlve dạng trụ hướng kính có trục quay nằm ngang vuông góc với trục của chi tiết gia công; các dụng cụ cắt được lắp bên mặt hông và có trục vuông góc với tr ục quay của rơvôlve.

Hình 6.2 (c) mô tả đầu rơvôlve dạng trụ hướng trục với trục quay nằm ngang song song với trục của chi tiết gia công; các dụng cụ cắt được lắp trên bề mặt đầu của rơvôlve và có trục song song với trục của rơvôlve. Hình 6.2 (d) cho thấy đầu rơvôlve dạng nón có trục quay nghiêng; các dụng cụ cắt được lắp trên bề mặt nón của đầu rơvôlve và có trục nghiêng một góc so với trục quay của rơvôlve. 93

T ay má máy:

Hình 6.3 Cơ cấu cấp dao tự động sử dụng tay máy. Hình 6.3 :

thể hiện một hệ thống cấp dao tự động bao gồm một tay máy và một cơ cấu chứa

dao dạng băng tải. Các bước thay dao được thực hiện như sau: + bước 1: từ vị trí ban đầu, tay máy (1) sẽ quay theo chiều kim đồng hồ 90 0 để cặp lấy cùng một lúc dao vừa sử dụng ở trục chính và dao chuẩn bị sử dụng cho nguyên công tiếp theo ở cơ  cấu chứa dao dạng băng tải (2). + bước 2: tay máy đi ra theo phương song song với trục chính của máy để lấy đồng thời hai dao ra khỏi trục chính và cơ cấu chứa dao. + bước 3: tay máy sẽ quay theo chiều kim đồng hồ 180 0 để chuẩn bị đưa dao mới vào vị trí làm việc và đưa dao đã sử dụng ra ngoài cơ cấu chứa dao. + bước 4: tay máy sẽ đi vào theo hướng song song với trục để gắn dao mới vào trục chính, đồng thời gắn dao vừa sử dụng vào cơ cấu chứa dao. + bước 5: sau khi hoàn tất công việc thay dao, tay máy quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ 90 0 trở lại vị trí ban đầu.  Hỗn hợp: - Hình 6.4: là hệ thống thay dao tự động

sử dụng hai piston thủy lực có tay kẹp ở đầu. Khi thay dao, hai piston cùng đi xuống kẹp lấy hai dao, sau đó hai piston sẽ đi lên, động cơ quay theo chiều kim đồng hồ 180 0 để mang hai piston quay theo và đổi chỗ chúng. Hai piston lại đi xuống để tay kẹp gắn hai dao vào vị trí. Sau đó hai piston đi lên trở lại và chờ lệnh mới.

Hình 6.4 Cơ cấu cấp dao tự động sử dụng tay máy và đầu rơvôlve. 94



 Một số cơ cấu chứa dao : trong quá trình gia công bằng các CNC, người ta có xu hướng

hoàn thiện nhiều nguyên công khác nhau với nhiều loại dao khác nhau trên cùng một máy. Tùy theo kết cấu của từng loại máy khác nhau, tính chất của từng công việc khác nhau, số lượng dao khác nhau mà người ta phải thiết kế và sử dụng nhiều loại cơ cấu chứa dao khác nhau, đó là chưa kể đến các đầu rơvôlve để chứa

a.

d.

Hình 6.5

các loại dao ấy.

b.

c.

e. Hình 6.5 Một số cơ cấu chưa dao của các máy má y CNC.

thể hiện một số loại cơ cấu chứa dao:

Hình 6.5 (a) : cơ cấu chứa dao dạng dĩa hướng kính: người ta dùng bề mặt hông của dĩa để tạo

ra các lỗ chứa dao. Đường tâm trục của dao hường vào tâm dĩa và vuông góc với trục của dĩa. Hình 6.5 (b): c ơ cấu chứa dao dạng dĩa hướng trục: người ta sử

dụng bề mặt phẳng của dĩa để

tạo ra các lỗ chứa dao. Đường tâm trục của dao song song với đường tâm trục của dĩa. Hình 6.5 (c) : cơ cấu chứa dao dạng dĩa côn: người

ta sử dụng bề mặt phẳng của dĩa để tạo ra

các lỗ nghiêng so với đường tâm trục của dĩa để chứa dao. Đường tâm trục của dao cắt đường tâm trục của dĩa. Hình 6.5 (d) : cơ cấu chứa dao dạng dĩa mặt nón: người ta sử dụng bề mặt

nón của dĩa để tạo

ra các lỗ chứa dao. Đường tâm trục của dao cắt đường tâm trục của dĩa. Hình 6.5 (e) : cơ cấu chứa dao dạng băng tải: loại

này có thể chứa được khá nhiều dao.

6.2.2 Mã hóa dao cắt. Để lập trình cho hệ thống cấp dao và thay dao tự động trong quá trình gia công, người ta phải làm cho hệ thống máy nhận biết được các loại dao khác nhau. Như vậy, người ta phải mã hóa dao (cũng có nghĩa là đi đặt tên co dao). Để mã hóa dao, người ta có thể dùng nhiều phương pháp: mã hóa trên cán dao, mã hóa ở ổ lắp dao, mã hóa điện từ. Dưới đây là phương pháp mã hóa bằng cán dao: 95



Mã hóa cán dao sử dụng vòng  (hình 6.6) : cán dao có cấu tạo đặc biệt sao cho có các vị trí để

có thể gắn các vòng váo cán. Nếu số vị trí, hay h ay số vòng có thể lắp trên cán là n thì sẽ có 2 n dao khác nhau có thể được mã hóa theo hệ nhị phân. Mỗi vị trí gắn vòng tương đương với một bit. Bit đó được xem như được mã hóa là số 1 nếu vị trí đó được gắn vòng. Ngược lại, bit đó sẽ được mã hóa là số 0 khi tại vị trí đó không gắn vòng. Như vậy, nếu đưa bộ đọc mã có n tiếp điểm áp vào cán dao, các vị trí có gắn vòng sẽ tác động vào các tiếp điểm tương ứng, tạo ra các tín hiệu báo về trung tâm điều khiển.

Hình 6.6 Mã hóa cán dao dùng vòng.  Mã hóa cán dao dùn g đinh vít  (hình 6.7) : ta thấy rằng việc gắn các vòng vào các cán dao



làm cho nó trở nên cồng kềnh, không gọn. Để khắc phục người ta có thể tạo trên cán dao một mặt cắt. Mặt cắt này sẽ chứa một số lỗ tarô ren để gắn các đinh vít. Tương tự như trên, nếu số lượng lỗ là n, thì ta có thể mã hóa được 2 n dao khác nhau và mỗi lỗ được xem như một bit mã hóa. Bit nào được gắn vít có tín hiệu 1 và ngược lại có tín hiệu 0.

Hình 6.7 Mã hóa cán dao da o dùng đinh vít. 6.3 So sánh về cấu trúc động lực giữa máy CNC và máy NC. - Hình 6.8  biểu

diễn sơ đồ cấu trục động lực của máy  phay CNC KUNZMAN. Máy phay

CNC KUNZMAN là loại máy có hệ thống điều khiển đường. Các xích của nó hết sức ngắn. Các xích chạy dao đều sử dụng động cơ riêng và chỉ thông qua một tỉ số truyền của cặp bánh đai răng để truyền động đến trục vítme đai ốc bi. Lượng chạy dao theo các trục X, Y, Z đều là vô cấp. Xích chuyển động chính cũng rất ngắn. Vận tốc vòng của trục chính cũng được điều khiển vô cấp nên ngay trong quá trình gia công, ta có thể thay tha y vận tốc vòng của trục chính đến  bất kỳ giá trị nào mà không cần phải dừng trục chính. Dựa vào hai máy điển hình: máy phay CNC KUNZMAN và máy phay NC UWF-802M (5.2.3), ta có thể đưa ra một sự so sánh về sơ đồ động của các máy má y CNC và NC như sau :

96

Đặc điểm. Xích chuyển động chính

Xích chạy d ao

Máy phay CNC KUNZMAN

Máy phay NC UWF 802M

- Xích chuyển động chính rất ngắn.

- Xích chuyển động chính dài

- truyền động vô cấp

- Truyền động phân cấp

- Không phải dừng trục chính khi

- Đôi khi phải dừng trục chính để

thay đổi tốc độ trục chính.

thay đổi tốc độ.

- Mỗi xích chạy dao dùng một động

- Các xích chạy dao dùng chung

cơ riêng và xích truyền động rất

một động cơ nên xích truyền động

ngắn.

dài và còn khá phức tạp.

- Độ cứng vững cao

- Độ cứng vững kém hơn.

Bàn điều khiển và lập trình

Hình 6.8 Máy phay CNC KUNZMAN. Hình 6.9 biểu diễn máy tiện CNC. Tương tự như máy phay CNC, máy có các xích chuyển động chạy dao và chuyển động chính rất ngắn.

97