dự đoán đường chạy dao thực tế và cải thiện độ chính xác của đường chạy dao dựa trên việc xác định các đặc điểm kiểm soát tăng tốc

Thân Trọng Khánh Đạt, đã định hướng nghiên cứu, tìm hiểu về phương pháp gia công tiên tiến, giải đáp những vướng mắc em gặp phải trong suốt quá trình làm đề cương luận văn với đề tài: “D

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Giới thiệu chung

Công nghệ gia công bằng máy điều khiển số (CNC)

1.1.1 Giới thiệu chung về gia công bằng máy điều khiển số (CNC)

Công nghệ CNC (viết tắt của Computerized Numerical Control) là việc ứng dụng máy tính và các phần mềm máy tính vào việc điều khiển máy móc cơ khí Việc này giúp tăng độ chính xác và rút ngắn thời gian hoàn thành công việc Công nghệ CNC được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hiện đại để gia công cơ khí, tạo hình chi tiết máy, bộ phận máy móc, thiết bị

Công nghệ CNC giúp cho quá trình gia công cơ khí trở nên dễ dàng hơn và đạt được độ chính xác cao hơn so với các phương pháp gia công truyền thống

Máy gia công CNC (Computer Numerical Control) đã chơi một vai trò quan trọng trong lịch sử công nghiệp gia công và sản xuất Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về lịch sử của máy gia công CNC [4]:

- Thập kỷ 1940: Máy gia công CNC bắt đầu phát triển vào những năm 1940 John T Parsons và Frank L Stulen, hai kỹ sư của Hải quân Hoa Kỳ, được coi là người đi đầu trong việc phát triển công nghệ CNC Họ đã tạo ra máy gia công chạy bằng hệ thống điều khiển các động cơ điện tử

- Thập kỷ 1950: Công nghệ CNC được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không và quốc phòng Các máy gia công CNC đầu tiên được sử dụng để gia công các chi tiết phức tạp trong sản xuất máy bay và tên lửa

- Thập kỷ 1960: Máy gia công CNC trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp gia công kim loại và chế tạo máy Các công ty sản xuất máy gia công CNC như Kearney & Trecker, Cincinnati Milacron và Deckel đã phát triển và bán hàng loạt các máy gia công CNC

- Thập kỷ 1970: Công nghệ CNC tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của máy tính cá nhân Sự kết hợp giữa máy tính và công nghệ CNC đã mang lại khả năng lập trình linh hoạt hơn và tăng tính tự động hóa trong quá trình gia công

- Thập kỷ 1980: Công nghệ CNC trở nên phổ biến hơn và được tích hợp vào nhiều loại máy gia công khác nhau như máy tiện CNC, máy phay CNC và máy mài CNC Các công ty như Mazak, Haas Automation và Fanuc trở thành các nhà sản xuất hàng đầu của các máy gia công CNC

- Thập kỷ 1990-2000: Công nghệ CNC tiếp tục phát triển và đạt độ chính xác và độ tin cậy cao hơn Sự phổ biến của máy tính và mạng máy tính đã mang lại khả năng kết nối và quản lý các máy gia công CNC từ xa

- Hiện tại: Máy gia công CNC ngày nay đã trở thành công cụ quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm chế tạo máy, ô tô, hàng không, y tế và điện tử Công nghệ ti

- Hiện tại và tương lai: Công nghệ CNC tiếp tục phát triển với các cải tiến vượt bậc như hệ thống điều khiển thông minh, tích hợp trí tuệ nhân tạo và khả năng kết nối mạng Các máy gia công CNC ngày nay có khả năng gia công chính xác, tốc độ cao và linh hoạt trong việc sản xuất các chi tiết phức tạp Ngoài ra, tích hợp các công nghệ như tự động hóa, robot hợp tác và hệ thống quản lý dữ liệu cũng đang dần trở thành xu hướng trong lĩnh vực gia công CNC

Trên thực tế, công nghệ CNC cũng đang tiếp tục phát triển trong các lĩnh vực khác như in 3D, gia công gỗ, gia công sợi carbon, và các vật liệu mới Sự phổ biến và tiếp tục phát triển của máy gia công CNC đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất, chất lượng và độ chính xác của quá trình sản xuất, đồng thời giảm thời gian và công sức lao động

1.1.2 Phân loại công nghệ CNC:

Có nhiều loại máy trên thị trường ngày nay và có khá nhiều tiêu chí phân loại máy Tùy theo từng mục đích sử dụng mà chúng ta có thể phân loại theo một vài phương pháp sau [5]:

- Phân loại theo phương pháp truyền động Bao gồm truyền động bằng điện lực, truyền động bằng thủy lực và truyền động bằng cách nén khí

- Phân loại theo phương pháp điều khiển gồm: điều khiển theo điểm, điều khiển theo đoạn và điều khiển theo đường cắt lớp ( điều khiển theo đường cắt thường là những máy 2D, 3D, 2D1/2 hoặc 4D 5D)

- Phân loại theo phương pháp thay dao (spindle): thay dao bằng tay, thay dao tự động ( giống máy rơ-vôn-ve) và sử dụng trống mang dao hay băng tải dao

- Phân loại theo kích thước của phôi vật liệu được sử dụng để gia công (khổ của phôi)

- Phân loại theo kích thước hoặc trọng lượng của máy CNC

- Phân loại theo trục có trên máy: là 2,3 hoặc máy 4 trục (XYZA)

- Phân loại theo hệ điều hành được tích hợp sử dụng trên máy: hệ điều hành hay được sử dụng là Fanuc, EMCO, Fagor, Siemens…

- Phân loại theo các chức năng hoạt động của máy ví dụ như: khoan, gọt, mài, đột dập…

Trên đây là các cách phân loại của máy Tuy nhiên, để cụ thể hơn chúng ta thường sử dụng 2 cách phân loại dưới đây:

Phân loại theo các loại máy CNC:

Sự cần thiết phải nghiên cứu thiết kế

Bề mặt cong tự do (curved-surfaces) thường được sử dụng để biểu diễn cho các mô hình trong sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ và các ngành công nghiệp khuôn mẫu Nội suy tuyến tính G01 được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống CAM thưởng mại Khi gia công bằng máy công cụ điều khiển số (computer numerical control: CNC), vận tốc chạy dao và đường chạy dao thực tế có sự sai khác so với giá trị lập trình do đặc tính điều khiển tăng/giảm tốc độ (Acceleration/Deceleration: Acc/Dec) của máy công cụ Ngoài ra, lực cắt tác dụng lên dao cắt gây ra hiện tượng biến dạng dao Đây là những yếu tố gây ra sai số giữa hình dạng bề mặt thiết kế và thực tế sau gia công Do yêu cầu độ chính xác ngày càng cao của kỹ nghệ sản xuất, vì vậy cần phải cải thiện hơn nữa độ chính xác gia công trong gia công bằng máy công cụ điều khiển số (numerical control: NC) Sai số gia công do biến dạng đàn hồi của dao là một vấn đề quan trọng trong quá trình gia công Để giải quyết vấn đề này, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện độ chính xác Trong nghiên cứu của Kasahara và Fujita, mối quan hệ giữa các điều kiện cắt gọt, lực cắt, độ chính xác gia công, v.v được phân tích thông qua mô phỏng quá trình cắt [1-3] Ngoài ra, Terai và cộng sự đã đề xuất một chỉ số đánh giá sai số gia công thông qua phân tích hình học dựa trên mô hình biến dạng đàn hồi của dao [3] Tuy nhiên, các phương pháp này không tính đến việc tăng/giảm tốc độ chạy dao xảy ra trong quá trình điều khiển của máy công cụ Trong quá trình chuyển động của dao, gia tốc bị giới hạn bởi mô-men xoắn cực đại của động cơ, quá trình điều khiển tăng/giảm tốc độ được thực hiện Điều này làm thay đổi tốc độ tiến dao so với với giá trị được lập trình và sự khác biệt này dẫn đến sai lệch giữa đường chạy dao lập trình và đường chạy dao thực tế, hình 1.1(a) Sự sai lệch này là nguyên nhân gây ra sai số của hình dạng bề mặt sau gia công Đặc tính tăng/giảm tốc thay đổi tùy thuộc vào từng loại máy công cụ và thế hệ điều khiển, và các điều kiện gia công như tốc độ tiến dao (feed-rate) [2-3] Tuy nhiên, thuật toán của quá trình tăng/giảm tốc độ tiến dao này vẫn chưa được nghiên cứu rõ và nó được đánh giá là rất khó để phân tích một cách chi tiết [3] Để giảm sai số hình dạng và nâng cao độ chính xác gia công, cần phải dự đoán hình dạng bề mặt gia công một cách chính xác dựa trên sự dự đoán đường chạy dao thực tế và thực hiện việc bù sai số để sửa lỗi gia công này Y.Altintas đã đưa ra các mô hình dự đoán tốc độ gia công thực tế, tuy nhiên cách tiếp cận của mô hình dự đoán tốc độ này rất phức tạp và chưa đưa ra các biện pháp để cải thiện độ chính xác gia công

Trong nghiên cứu này, một mô hình dự đoán việc thay đổi tốc độ tiến dao có xét đến đặc tính điều khiển tăng/giảm tốc độ của máy công cụ sẽ được đề xuất Dựa trên mô hình dự đoán tốc độ chạy dao thực tế, vận tốc và vị trí thực tế tại mỗi điểm trên đường chạy dao (toolpath) được tính toán, từ đó quỹ đạo thực tế của đường chạy dao được dự đoán Các kết quả dự đoán sẽ được so sánh với kết quả đo thực tế để chứng minh tính hữu dụng của mô hình đề xuất Tiếp đến, dựa trên mô hình dự đoán tốc độ tiến dao và đường chạy dao thực tế này, một đường chạy dao mới được tạo ra để nâng cao độ chính xác của quá trình gia công bằng cách sửa lỗi sai số gia công Tính hiệu quả và độ tin cậy của phương pháp này sẽ được xác nhận bằng việc so sánh với mô hình thiết kế (designed-surface)

Hình 1.1 Sai số trong quá trình chạy dao và quá trình sửa lỗi truyền thống

Hình 1.2 So sánh chất lượng gia công khi bật/tắt tính năng điều khiển AI Đặc biệt, các máy công cụ mới nhất hiện nay đã được trang bị chức năng kiểm soát đường chạy dao có độ chính xác cao: Artificial Intelligence highprecision contour control function của FANUC (AI), hoặc Geometric Intelligence (GI) trên các máy công cụ của hãng

MAKINO Đây là chức năng điều khiển tiên tiến và đạt độ chính xác tốt nhất cho các hệ thống máy CNC thương mại hiện nay (Hình 2) Chức năng này sẽ thực hiện hiệu chỉnh các hình dạng phức tạp và điều chỉnh tăng / giảm tốc trong máy công cụ để đạt được tốc độ và độ chính xác cao Trong khi đó, đa phần các thế hệ máy CNC hiện tại sử dụng chức năng điều khiển thông thường, việc dự đoán mô hình thay đổi tốc độ và quỹ đạo chạy dao thực tế khi không có chức năng AI/GI đã được trình bày [1] Trong nghiên cứu luận văn này, việc dự đoán đường chạy dao, đo lường và đánh giá phương pháp đề xuất được thực hiện với việc bật chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao Hiện nay, vẫn chưa có các hiện nghiên cứu để hiểu rõ đặc tính tăng giảm tốc của chức năng điều khiển mới này Việc

7 nghiên cứu để hiểu rõ đặc tính điều khiển tăng giảm tốc này, sẽ hứa hẹn mang lại các giá trị để nâng cao độ chính xác gia công Nghiên cứu này được giới hạn với điều khiển hai trục trong mặt phẳng XY, tuy nhiên việc áp dụng cho nhiều trục vẫn tương tự.

Xác định mục tiêu, đối tượng, nội dung và kết quả dự kiến

Mục tiêu của đề tài:

Phát triển phương pháp nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công bằng việc bù trừ sai số gia công dựa trên mô hình dự đoán tốc độ và đường chạy dao thực tế thông qua việc xác định đặc tính điều khiển tăng/giảm tốc độ của máy công cụ

● Xây dựng mô hình dự đoán tốc độ và đường đường chạy dao thực tế:

Mô hình hóa tốc độ chạy dao thực tế có xem xét sự thay đổi tốc độ chạy dao do đặc tính tăng/giảm tốc độ của bộ điều khiển máy công cụ

● Nâng cao độ chính xác gia công

Từ mô hình dự đoán đường chạy dao và tốc độ tiến dao thực tế, tạo ra đường chạy dao có độ chính xác cao, gần nhất với đường chạy dao lý tưởng, giảm sai số gia công và nâng cao chất lượng gia công

Nội dung thực hiện thiết kế:

STT Nội dung nhiệm vụ luận văn

- Xác định các vấn đề liên quan, nghiên cứu các vấn đề liên quan

- Tìm hiểu về dòng máy trên thị trường

- Định nghĩa các tính năng và khả năng đáp ứng của máy

- Cơ sở lý thuyết tính toán động học, động lực học

- Cơ sở lý thuyết phương pháp điều khiển gia công chính xác cao

- Phương pháp phân tích lý thuyết

- Đưa ra mô hình dự đoán tốc độ chạy dao thực tế, từ đó dự đoán đường chạy dao thực tế của máy CNC

- Phương pháp toán học và phân tích thực nghiệm

4 Phân tích và xử lý số liệu thu được:

- Sử dụng phương pháp thống kê, tổng hợp lý thuyết

- Sử dụng phương pháp mô hình toán học tốc độ chạy dao thực tế Thiết lập ma trận tương đồng về cấu trúc, chức năng và tổng thể

- Sử dụng phương pháp thống kê, quy hoạch thực nghiệm và phân tích hồi quy

5 Dự đoán kết quả thông qua quá trình phân tích

- Dự đoán quỹ đạo chạy dao thực tế có xem xét sự thay đổi tốc độ chạy dao do đặc tính tăng/giảm tốc độ của bộ điều khiển máy công cụ

- Dự đoán sai số gia công dựa trên quá trình tính toán biến dạng dao có xem xét sự thay đổi tốc độ tiến dao thực tế

- Tạo ra đường chạy dao mới bằng việc bù trừ sai số gia công

- Đo đạc thực nghiệm để so sánh kết quả của phương pháp đề xuất

7 Đánh giá kết quả & kết luận

8 Chuẩn bị tài liệu nghiên cứu luận văn

- Thuyết minh nghiên cứu luận văn

- Báo cáo nghiên cứu luận văn

LVTN có kết cấu 8 chương:

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Phương pháp mô hình hóa sự thay đổi tốc độ tiến dao

Chương 4 Dự đoán và đánh giá kết quả thực nghiệm

Chương 5 Thực nghiệm dự đoán và kiểm tra kết quả đánh giá đường chạy dao

Chương 6 Phương pháp cải thiện độ chính xác đường chạy daO

Chương 7 Đánh giá kết quả & kết luận

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết tính toán động học, động lực học & phân tích cơ cấu

Các phương pháp phân tích động học cơ cấu: phương pháp giải tích, phương pháp hoạ đồ véc tơ, phương pháp đồ thị [7]

Các phương trình chuyển động cơ bản:

𝑟 (2.3) Đại số vec tơ (hình 2.1):

Hình 2.1 Mô hình cộng vec tơ

Phân tích lực cơ cấu

Các định luật Newton: [7] Định luật I Newton: Vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì vật giữ nguyên trạng thái (đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều) Nói cách khác, vật cân bằng khi và chỉ khi hợp lực bằng 0:

∑ 𝑭⃗⃗⃗ = 𝟎 (2.5) Định luật II Newton: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật

∑ 𝑭⃗⃗⃗ = 𝒎 𝒂⃗⃗⃗ (2.6) Định luật III Newton: Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều

⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝐹⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ (2.7) 21 Định luật bảo toàn năng lượng: Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi, chúng chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác Động năng:

Nguyên lý di chuyển khả dĩ: Trong hệ lực cân bằng, tổng công suất tức thời của tất cả các lực bằng không trong mọi di chuyển khả dĩ.

Cơ sở lý thuyết phương pháp điều khiển công nghệ

2.2.1 Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hoá

Các đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC [8]: a Tính năng tự động cao

Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng cao vượt bậc Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt b Tính năng linh hoạt cao

Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau Do đó rút ngắn thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hoá sản xuất hàng loạt nhỏ

Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương trình Vì thế, không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ lấy chương trình của chi tiết đó

Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thể thực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua thiết bị vi tính, vi xử lý c Tính năng tập trung nguyên công Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC d Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

Giảm được hư hỏng do sai xót của con người Đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khi làm việc

Có khả năng gia công chính xác hàng loạt Độ chính xác lập lại, đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của máy CNC

Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia công được những chi tiết chính xác và về hình dáng đến kích thước Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất e Gia công biên dạng phức tạp

Máy CNC có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình dạng phức tạp như các bề mặt 3 chiều f Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và các phụ tùng khác

- Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơn

- Sử dụng lại chương trình gia công

- Giảm thời gian sản xuất

- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy

- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất

- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại khác với thời gian chuận bị thấp nhất

Tuy nhiên bên cạnh đó máy CNC cũng có một số hạn chế như: a Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt b Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp Để máy gia công được chính xác cần thường xuyên bảo dưỡng Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện c Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản

2.2.2 Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC

- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số có kết cấu khung giống nhau, đó là: Thân máy, đế máy, bàn trượt, đầu trục chính [9]

- Ngoài ra chúng còn có một số điểm khác nhau, cụ thể (bảng 2.2):

Bảng 2.2 So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC

TT Nội dung Máy công cụ vạn năng Máy CNC

1 Nguồn động lực - Động cơ 3 pha thường Động cơ DC điều khiển vô cấp hoặc AC biến tần theo điều khiển vô cấp Động cơ bước và động cơ thuỷ lực Động cơ Servo

3 Truyền động - Kiểu nối tiếp (thông qua hộp số)

4 Bộ truyền dẫn Thanh răng/bánh răng thường Vít me/đai ốc thường

Thanh răng/bánh răng yêu cầu có cơ cấu kẹp khử khe hở

Vít me/đai ốc bi

5 Điều khiển - Bằng tay (công tắc, tay gạt cơ khí)

- Bằng máy tính với hệ điều khiển số (bảng điều khiển và màn hình điều khiển)

6 Tính điển hình của xích động

Dài, thông qua nhiều cơ cấu Cứng, khó thay đổi

Ngắn hơn rất nhiều do không phải thông qua nhiều cơ cấu

Mềm dẻo, linh hoạt cao

2.2.3 Mô hình khái quát của một máy CNC

Mô hình khái quát của một máy CNC được mô tả như hình 2.2 [5]

Hình 2.2 Mô hình khái quát của một máy CNC

Máy CNC gồm hai phần chính: a Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển

- Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh) để điều khiển máy, được mã hoá dưới dạng chữ cái, số và một số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số và được lưu lại

- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiều từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp vơi điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu Đây là thiết bị điện - điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều khiển của máy NC Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi hỏi có kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái quát b Phần chấp hành: gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hoá như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, thổi phoi, cấp phôi

- Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết Tuỳ theo khả năng công nghệ của loại máy mà có các bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, các tay máy

- Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thông thường, nhưng có một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy + Hộp tốc độ: Phạm vi điểu chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong đó sử dụng các lý hợp điện tử để thay thế tốc độ được dễ dàng

+ Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước Trong xích truyền động, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền như vít me - đai ốc bi + Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự động Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu chỉnh khi dao bị mòn

PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA SỰ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ TIẾN DAO

Các thông số của máy công cụ CNC có liên quan đến tốc độ tiến dao

Quá trình tăng/giảm tốc của máy công cụ liên quan đến các thông số khác nhau của thiết bị điều khiển Trong nghiên cứu này, tốc độ tiến dao được mô hình hóa bằng cách xem xét năm thông số và sử dụng thiết bị điều khiển do FANUC sản xuất Khi sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao, tốc độ tiến dao được mô hình hóa bằng cách sử dụng các thông số có số hiệu lần lượt là 1783, 1660, 1772 và 1769 Khi không sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng độ chính xác cao, tốc độ tiến dao được mô hình hóa bằng thông số có số hiệu là 1622

1783 - Chênh lệch tốc độ tiến dao tối đa cho phép để xác định tốc độ tiến dao dựa trên chênh lệch tốc độ tiến dao ở góc [mm/phút]

1769 - Hằng số thời gian để tăng/giảm tốc sau khi nội suy nguồn cấp cắt trong chế độ tăng/giảm tốc trước khi nội suy [ms]

1622 - Hằng số thời gian tăng/giảm tốc trong quá trình cắt cho mỗi trục [ms]

1772 - Thời gian thay đổi gia tốc của quá trình tăng/giảm tốc hình chuông trước khi nội suy [ms]

1660 - Tốc độ tăng tốc tối đa cho phép khi tăng/giảm tốc trước nội suy cho mỗi trục [mm/s 2 ]

Các thay đổi của đường chạy dao có liên quan đến tốc độ tiến dao

Đầu tiên, mô hình hóa tốc độ tiến dao khi sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao sẽ được mô tả Dưới đây là ví dụ về tốc độ tiến dao trong quá trình gia công một biên dạng góc Ban đầu dao di chuyển theo hướng dương của trục X, sau đó thay đổi một góc 90° tại một điểm cố định và tiếp tục di chuyển theo hướng dương của trục

Y Hình 3.1 cho thấy giá trị lập trình của tốc độ tiến dao theo trục X và trục Y ở tại góc

Hình 3.1 thể hiện sự thay đổi thành phần tốc độ của mỗi trục ở tại góc (chênh lệch tốc độ) khi vượt quá giá trị cài đặt của thông số 1783, nếu tốc độ tiến dao không vượt quá giá trị cài đặt này thì nó sẽ được xác định như trong Hình 3.2 [1]

Sau đó, gia tốc tối đa cho phép của các phần (A) thể hiện trong Hình 3.2 được thiết lập theo giá trị cài đặt của thông số 1660 Tiếp theo, thời gian gia tốc của dạng tăng/giảm tốc hình chuông trước khi nội suy được xác định thông qua giá trị thiết lập của thông số No.1772 Thông số này thể hiện thời gian chuyển sang trạng thái tăng/giảm tốc không đổi Hình 3.3 cho thấy tốc độ tiến dao trong các điều kiện khác nhau và thời gian tăng/giảm tốc (B) cần thiết để đạt được trạng thái tăng/giảm tốc không đổi (C) được xác định bởi giá trị cài đặt của thông số 1772 Giả sử rằng giá trị của gia tốc ở trạng thái tăng/giảm tốc không đổi giống với giá trị cài đặt của thông số 1660, thời gian ở trạng thái tăng/giảm tốc không đổi có thể nhỏ

25 hơn giá trị cài đặt của thông số 1772 Trong trường hợp này, thời gian ở trạng thái tăng/giảm tốc không đổi trở thành giá trị cài đặt của thông số 1772 và giá trị của gia tốc ở trạng thái tăng/giảm tốc không đổi trở thành giá trị đặt của thông số 1660

Hình 3.1 Tốc độ tiến dao lập trình

Hình 3.2 Tốc độ tiến dao (có xét đến thông số 1783)

Hình 3.3 Tốc độ tiến dao (có xét đến thông số 1722)

Hình 3.4 Tốc độ tiến dao (có xét đến thông số 1769)

Hình 3.5 Tốc độ tiến dao (có xét đến thông số1622)

Cuối cùng, thời gian cần thiết để thay đổi chênh lệch tốc độ (b) như trong Hình 3.3 được xác định bởi thông số 1783 và 1769 Như được thể hiện trong Hình 3.4, thời gian đáp ứng được cung cấp và tốc độ tiến dao được xác định

Sau đó, mô hình hóa tốc độ tiến dao không sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao được mô tả Hình 3.2 cho thấy giá trị lập trình tốc độ tiến dao của trục X và trục Y tại góc Có sự chênh lệch tốc độ trên mỗi trục Thời gian cần thiết để thay đổi chênh lệch tốc độ này được xác định bởi giá trị của thông số 1622 Như trong Hình 3.5, thời gian đáp ứng được cung cấp và tốc độ tiến dao được xác định

DỰ ĐOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ĐƯỜNG CHẠY DAO

Dự đoán đường chạy dao qua các thông số thiết lập điều khiển trên máy CNC 28 1 Các thông số thiết lập điều khiển trên máy CNC Amada MX150

Đường chạy dao dự đoán được tính toán dựa trên phương pháp mô hình hóa tốc độ tiến dao được đề xuất Trong nghiên cứu này, máy công cụ được sử dụng để là thí nghiệm là máy CNC 5-trục Amada MX150 với bộ điều khiển FANUC F31iB tại trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Các điều kiện thí nghiệm như sau: tốc độ tiến dao là 2000mm/phút, dao di chuyển theo chiều dương của trục X, sau đó thay đổi một góc 90° tại một điểm cố định, và tiếp tục di chuyển theo chiều dương của trục Y Tốc độ tiến dao và đường chạy dao được đo đạc để so sánh với tốc độ tiến dao dự đoán và đường chạy dao dự đoán để xác thực tính hiệu quả của phương pháp đề xuất Phương pháp đo được thực hiện bằng FANUC Servo Guide của hãng FANUC [10]

4.1.1 Các thông số thiết lập điều khiển trên máy CNC Amada MX150

Các thông số thiết lập điều khiển trên máy CNC Amada MX150 phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhưng không giới hạn ở:

- Bộ xử lý trung tâm (CPU): Đây là bộ phận quản lý toàn bộ hệ thống CNC

Nó nhận và xử lý các tín hiệu điều khiển từ bảng điều khiển vận hành và điều khiển các hoạt động của máy công cụ thông qua bộ điều khiển servo1

- Bộ điều khiển servo: Được sử dụng để điều khiển các trục của máy công cụ1

- Bộ điều khiển đầu vào và đầu ra: Giúp đưa input là các lập trình chi tiết đến với bộ phận xử lý trung tâm và tiếp nhận thông tin sản phẩm gia công hoàn thiện2

- Bộ điều khiển dùng chíp vi xử lý: Tiếp nhận tất cả thông tin từ các bộ phận và xử lý, nhằm giúp máy gia công thực hiện chính xác như bản vẽ2

- Phần chấp hành: Bao gồm đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng3

Ngoài ra, các thông số cũng phụ thuộc vào loại vật liệu đang được gia công, độ phức tạp của chi tiết cần gia công, và nhiều yếu tố khác

Khi sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao, tốc độ tiến dao được mô hình hóa bằng cách sử dụng các thông số có số hiệu lần lượt là 1783, 1660,

1772 và 1769 Khi không sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng độ chính xác cao, tốc độ tiến dao được mô hình hóa bằng thông số có số hiệu là 1622 Trong nghiên cứu lần này, chúng ta cần các thông số 1660, 1783, 1772, 1769 và 1622

Tiến hành sử dụng màn hình điều khiển Fanuc 31ib để đọc các thông số:

Hình 4.3 Thông số 1763, 1769, 1783 Bảng 4.1 Giá trị của các thông số thiết lập điều khiển trên máy CNC

Giá trị 300 [mm/s 2 ] 400 [mm/phút] 32 [ms] 16 [ms] 80 [ms]

Bảng 4.1 cho thấy các giá trị của từng thông số Dựa trên các giá trị này, tốc độ tiến dao đã được dự đoán Đầu tiên, nghiên cứu sẽ mô tả trường hợp sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao

4.1.2 Dự đoán đường chạy dao:

Nghiên cứu này xây dựng mô hình dự đoán tốc độ chạy dao thực tế, đồng thời dự đoán được đường chạy dao thực tế của máy công cụ Mô hình dự đoán được xây dựng trên máy CNC với hệ điều khiển FANUC 30i/31i, với việc sử dụng và không sử dụng tính năng điều khiển biên dạng độ chính xác cao AI (FANUC AI high-accuracy contour control function) Đường chạy dao thực nghiệm: Đường chạy dao gồm 3 điểm được lập trình như hình

3, tốc độ chạy dao lập trình F 00 [mm/phút], góc chuyển hướng là 90 [°]

Quá trình điều khiển tăng/giảm tốc giữa các trục của máy công cụ với hệ điều khiển FANUC được quy định bởi các thông số thiết lập của động cơ servo Hình 4 mô tả thời gian

32 tăng giảm tốc của điều khiển tăng/giảm tốc dạng hình chuông của bộ điều khiển FANUC Trên cơ sở này, mô hình dự đoán tốc độ tiến dao thực tế và đường chạy dao thực tế được đưa ra thông qua việc xác định đặc tính điều khiển tăng/giảm tốc này Ý tưởng này hứa hẹn là một cách tiếp cận mới và hiệu quả cho quá trình dự đoán sai số gia công trong gia công CNC

Chuẩn bị code chương trình chạy thử nghiệm

- Chương trình chạy hình vuông cạnh 5mm và 3 góc 90 o với F2000 (mm/phút)

Ghi kết quả thực nghiệm bằng phần mềm FANUC SERVO GUIDE

4.2.1 Phần mềm Fanuc Servo Guide

Phần mềm Fanuc Servo Guide là một công cụ được sử dụng để tối ưu hóa và điều chỉnh nhanh chóng các servo và spindle Nó cho phép thử nghiệm chương trình dễ dàng, thiết lập các thông số và đo lường dữ liệu1 Phần mềm này rất hữu ích trong việc học cách vận hành CNC, kiểm tra chương trình gia công, và xác nhận hoạt động của các tính năng tùy chỉnh

Phần mềm Fanuc Servo Guide cung cấp một giao diện người dùng trực quan, giúp người dùng dễ dàng thao tác và điều chỉnh các thông số Nó cung cấp các chức năng như:

- Kết nối dễ dàng với NC

- Môi trường tích hợp để điều chỉnh, ví dụ như chạy chương trình, đo dữ liệu và thay đổi các thông số

- Đo dữ liệu servo, trục chính và PMC cùng lúc

- Chức năng điều chỉnh tự động khác nhau (Điều chỉnh điều hướng)

- Hỗ trợ hiển thị đồ thị 3-D (TÙY CHỌN)

Tuy nhiên, để sử dụng hiệu quả phần mềm này, người dùng cần có kiến thức về máy CNC và các thông số liên quan

Nhờ sự hướng dẫn và giúp đỡ của Thầy Thân Trọng Khánh Đạt, học viên được sử dụng phần mềm có bản quyền để có thể ghi lại được chạy dao và tốc độ của dao trong quá trình thực nghiệm

Hình 4.4 Phần mềm Fanuc Servo Guide

4.2.2 Cài đặt cấu hình để kết nối với máy in Fanuc

Sau khi phần mềm được cài đặt trên máy tính, máy tính có thể kết nối được với bộ điều khiển Fanuc Servo Guide qua Ethernet

Hình 4.5 Phương thức truyền thông giao tiếp của Phần mềm Fanuc Servo Guide

Dây mạng LAN là thiết bị được sử dụng để kết nối giữa máy tính đã cài đặt phần mềm và bộ điều khiển Fanuc

Hình 4.6 Kết nối của dây Ethernet vào máy CNC Amada MX150 tại Phòng Thí Nghiệm

Cấu hình địa chỉ IP trên máy CNC và máy tính theo hướng dẫn của phần mềm Fanuc:

Hình 4.7 Cấu hình địa chỉ IP trên máy CNC và bộ điều khiển Fanuc

Hình 4.8 Cấu hình địa chỉ IP trên laptop

4.2.3 Cài đặt các thông số để ghi dữ liệu: Để thu được thông số tọa độ đường chạy dao, tốc độ tiến dao, học viên tiến hành cài đặt các thông số cần thu thập khi thực nghiệm theo hướng dẫn sử dụng của bộ phần mềm Fanuc bao gồm:

Bảng 4.2 Bảng các đại lượng cần thu thập dữ liệu

Trục Đại lượng Đơn vị

Thời gian thu thập số liệu là 6000 (ms), thời gian có thể thay đổi khi gặp các chu trình dài hơn

Khi gặp câu lệnh N3 (Trigger), chương trình sẽ bắt đầu ghi

Hình 4.9 Cài đặt cấu hình các đại lượng cần thu thập kết quả thực nghiệm

Hình 4.10 Cài đặt các kênh đồ thị cho các đại lượng cần thu thập kết quả thực nghiệm

Đánh giá đường chạy dao sau khi thực nghiệm

Tiến hành chạy thực nghiệm trên máy CNC 5 trục Amada MX150 có bộ điều khiển Fanuc 31ib:

Hình 4.11 Bố trí máy tính để quan sát, thu thập dữ liệu quá trình thực nghiệm

Hình 4.12 Kết quả ghi nhận được bằng đồ thị trên phần mềm Fanuc Servo Guide

Sau khi xuất dữ liệu và xử lý các số liệu, có thể so sánh được đường chạy dao khi có và không có chế độ AI

Hình 4.13 cho thấy tốc độ tiên dao được dự đoán và thực nghiệm khi sử dụng chức năng

AI Dựa vào các biểu đồ của hình 4.13, tốc độ tiến dao dự đoán có thể đại diện cho sự thay đổi từ từ của giá trị đo được Hình 4.14 cho thấy đường chạy dao dự đoán được tính toán từ tốc độ tiến dao dự đoán và đường chạy dao đo được Từ hình 4.14 có thể quan sát thấy quỹ đạo hai đường chạy dao gần như trùng khớp với nhau và sai số đường bao ở góc xấp xỉ gần 3μm

Hình 4.13 So sánh tốc độ tiến dao dự đoán và thực nghiệm khi chức năng AI được bật

Hình 4.14 So sánh đường chạy dao dự đoán và thực nghiệm với chức năng AI

Trong nghiên cứu này, học viên cũng mô tả trường hợp không sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao để làm rõ hơn tính vượt trội của chức năng điều khiển AI Đồng thời, học viên sẽ đề xuất một phương pháp để nâng cao độ chính xác khi không bật tính năng AI trong phần 4 Hình 4.15.4.15 (a) cho thấy tốc độ tiến dao dự đoán và Hình 4.15.4.15 (b) cho thấy tốc độ tiến dao đo được Dựa vào các biểu đồ của Hình 4.15.4.15, thời gian thực hiện cho sự thay đổi tốc độ gần như xấp xỉ giống nhau giữa giá trị

Tố c độ ti ến da o [mm /ph út ]

X axis [mm] Đường chạy dao thực nghiệm Đường chạy dao dự đoán

42 dự đoán và giá trị đo được Hình 4.16 cho thấy đường chạy dao dự đoán được tính toán từ tốc độ tiến dao dự đoán và đường chạy dao đo được Từ Hình 4.16 có thể quan sát thấy rằng quỹ đạo hai đường chạy dao gần như trùng khớp với nhau và sai số ở góc rẽ là khoảng 15μm

Hình 4.15 (a) Tốc độ tiến dao dự đoán, (b) tốc độ tiến dao đo đạc

Hình 4.16 So sánh đường chạy dao dự đoán và thực nghiệm khi không sử dụng tính năng

T ốc độ t iến dao [ m m /phút ]

T ốc độ t iến dao [ m m /phút ]

Measured tool pathPredicted tool pathKết quả thực nghiệmKết quả dự đoán

THỰC NGHIỆM DỰ ĐOÁN VÀ KIỂM TRA KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐƯỜNG CHẠY DAO

Chuẩn bị thực nghiệm đường chạy dao

Đường chạy dao thực nghiệm thứ nhất được trình bày trong Hình 13 với tốc độ tiến dao F 00 mm/phút và góc chuyển hướng giữa các đoạn θ `° Đường chạy dao thực nghiệm thứ hai (Hình 13) là đường chạy dao hỗn hợp với các góc chuyển hướng giữa các đoạn θ 0°, 60°, 90°, 180° và tốc độ tiến dao F 00mm/phút Chức năng điều khiển độ chính xác cao AI đều được bật trong hai trường hợp trên Đối với mô hình dự đoán đường chạy dao thực tế, các kết quả cho thấy rằng, giá trị dự đoán và thực nghiệm nằm trong khoảng 3μm Đặc biệt, khi các góc chuyển hướng thay đổi như Hình 13, kết quả dự đoán vẫn đạt độ chính xác cao, điều này đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp đề xuất đối với đa dạng các góc chuyển hướng khác nhau, và có thể áp dụng vào các đường chạy dao phức tạp khác cho các mô hình gia công hoàn chỉnh Đối với mô hình dự đoán tốc độ tiến dao, các kết quả thực nghiệm so sánh đã thể hiện sự chính xác và hợp lý của mô hình dự đoán Với mô hình này, việc dự đoán thời gian gia công sẽ chính xác hơn với việc tính đến đặc tính điều khiển tăng/giảm tốc độ của máy CNC, điều mà các hệ thống CAM thương mại hiện này vẫn chưa xem xét đến

Hình 5.1 Đường chạy dao số 1 khi F 00 [mm/p] và góc chuyển hướng θ `°

Hình 5.2 Đường chạy dao số 2 khi F 00 [mm/p] và góc chuyển hướng θ 0 o , 60°,

Chương trình code CNC chạy thực nghiệm đường chạy dao 1:

Chương trình code CNC chạy thực nghiệm đường chạy dao 2:

Thực nghiệm và đánh giá đường chạy dao

Trong quá trình thực nghiệm, tiếp tục sử dụng phần mềm Fanuc Servo Guide để thu thập số liệu tọa độ và tốc độ tiến dao trên 2 trục X, Y

Kết quả thực nghiệm cho thấy độ lệch giữa đường chạy dao lậy trình với đường chạy dao thực tế khi F 00 mm/ phút và góc chuyển hướng 30, 60, 90, 120, 150, 180:

(a) Đường thực nghiệm Đường thiết kế

Hình 5.3 Hình ảnh thực tế khi tiến hành thực nghiệm

Hình 5.4 So sánh kết quả thực nghiệm với đường chạy dao hỗ hợp khi F= 2000 [mm/p], và các góc chuyển hướng θ`° Đường thực nghiệm Đường thiết kế

2 Đường thực nghiệm Đường thiết kế

(b) Đường thực nghiệm Đường thiết kế

1 Đường thực nghiệm Đường thiết kế

(d) Đường thực nghiệm Đường thiết kế

3 Đường thực nghiệm Đường thiết kế

(f) Đường thực nghiệm Đường thiết kế

5 Đường thực nghiệm Đường thiết kế

Hình 5.5 So sánh kết quả thực nghiệm với đường chạy dao hỗ hợp khi F= 2000 [mm/p], và các góc chuyển hướng θ0°, 60°, 90°, 180

Với các kết quả như trên, nghiên cứu tiếp tục đưa ra được một phương pháp nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công cho quá trình gia công trên máy CNC Đường thực nghiệm Đường thiết kế

PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ CHÍNH XÁC ĐƯỜNG CHẠY DAO

Phương pháp bù trừ sai số góc rẽ

Đầu tiên, dựa trên mô hình dự đoán đường chạy dao thực tế, tiến hành bù trừ sai số góc rẽ như phương pháp trình bày trong Hình 6.3 Trong phương pháp này, sai số ở góc rẽ là i [mm], và khoảng cách di chuyển o [mm] của điểm lập trình đã được thay đổi theo 04 đường chạy dao lập trình như trong Bảng 6.1

Từ thực nghiệm ở chương 5, ta thấy được sai số ở góc rẽ vào khoảng 0.02 mm Tính toán theo bảng 6.1 để tính toán khoảng dịch chuyển

Bảng 6.1 Khoảng cách bù trừ đường chạy dao

Tên đường chạy dao lập trình I J K L

Khoảng cách dịch chuyển 𝒐 [mm] 𝑖 [mm] 𝑖/2 [mm] 𝑖/3 [mm] 𝑖/4 [mm]

Hình 6.1 Đường chạy dao lập trình với 3 điểm Đường chạy dao (3 điểm) Điểm lập trình

Hình 6.2 So sánh sai số biên dạng tại góc trong trường hợp bât/tắt tính năng điều khiển

Hình 6.3.(a) Phương pháp bù trừ sai số, (b) đường chạy dao lập trình khi bù sai số tại góc rẽ

Chạy chương trình bù trừ:

Thể hiện các kết quả thực nghiệm với các khoảng cách bù trừ khác nhau như trong bảng

6.1 Các đường chạy dao lập trình tương ứng được đặt tên là I, J, K và L Có thể quan sát thấy từ hình 6.3, mặc dù có một phần của đường chạy dao đi vòng ra khỏi đường lập trình trong phương pháp đề xuất nhưng độ chính xác của đường chạy dao tại góc được cải thiện hơn so với phương pháp thông thường kể cả khi bật/tắt tính năng điều khiển AI

Khi không có AI Khi có AI

Khi không có AI Khi có AI

Sai số tại góc rẽ

X Điểm đầu Điểm cuối Điểm lập trình

Hình 6.4 Kết quả sau khi áp dụng phương pháp bù trừ sai số góc rẽ trong trường hợp không bật chức năng AI

Tổng hợp bù trừ sai số góc rẽ không có AI

Khoảng cách iKhoảng cách i/2Khoảng cách i/3Khoảng cách i/4

Hình 6.5 Kết quả sau khi áp dụng phương pháp bù trừ sai số góc rẽ trong trường hợp bật chức năng AI

Tổng hợp bù trừ sai số góc rẻ có AI

Khoảng cách i Khoảng cách i/2 Khoảng cách i/3 Khoảng cách i/4

Phương pháp cải thiện độ chính xác gia công khi thay đổi tốc độ gần điểm góc rẽ 56 CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64 7.1 Đánh giá kết quả

Từ những kết quả ở trên, có thể quan sát thấy rằng hình dạng bề mặt gia công khi gia công được thực hiện tại điểm lập trình sử dụng phương pháp được đề xuất sẽ tiệm cận với hình dạng bề mặt gia công lý tưởng khi nó đi qua đường chạy dao lập trình của đường chạy dao gồm có ba điểm Thêm vao đó, khi chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao không được sử dụng (Hình 6.3), có thể quan sát thấy rằng dao di chuyển lớn hơn trước khi thay đổi góc 90° và chênh lệch so với đường chạy dao lập trình là khoảng 20 μm Phương pháp này có ưu điểm là không cần phải thay đổi tốc độ tiến dao, tuy nhiên sai số biên dạng sẽ tăng do sự thay đổi hướng đột ngột của đường chạy dao so với đường chạy dao ban đầu Trên cơ sở đó, học viên đề xuất một phương pháp mới để nâng cao độ chính xác đường chạy dao, đồng thời vẫn đảm bảo thời gian gia công ngắn, không có sai số gia công (Hình 6.4)

Hình 6.6 Phương pháp cải thiện độ chính xác gia công: (a) Đường chạy dao lập trình, (b)

Tốc độ chạy dao lập trình

Bảng 6.2 Giá trị lập trình cho phương pháp bù trừ thứ 2

Tốc độ tiến dao trước và sau điểm góc rẽ 𝒗 [mm/min] 30 150

Tốc độ phía trước và sau điểm rẽ góc C

F 00 [mm/p] F 00 [mm/p] Điểm bắt đầu Điểm kết thúc

Tốc độ tiến dao [mm/phút]

Khoảng cách đến điểm góc rẽ 𝒍 [mm] 0.04 0.02

Thêm vào đó, để chứng minh tính hiệu quả của phương pháp đề xuất, học viên đã so sánh với đường chạy dao 3 điểm lập trình có bật chức năng điều khiển AI Hình 6.6 cho thấy rằng, đường chạy dao thực tế của phương pháp đề xuất khi không sử dụng tính năng điều khiển

AI trùng với đường chạy dao khi bật tính năng điều khiển AI cho 3 điểm lập trình Độ chính xác gia công được cải thiện, điều này có ý nghĩa rất lớn với các hệ thống gia công phổ thông không có chức năng điều khiển AI tiên tiến Các kết quả thực nghiệm đã chứng minh tính hiệu quả và tin cậy của phương pháp đề xuất

Hình 6.7 Kết quả thực nghiệm với phương pháp bù trừ sai số đề xuất: tốc độ trước/ sau điểm góc rẽ 𝑣 = 150 [mm/phút] và tốc độ trước/ sau điểm góc rẽ 𝑣 = 30 [mm/phút]

So sánh các kết quả bù trừ phương pháp thay đổi tốc độ gần điểm góc rẽ

Không có bù và không có chức năng AI

Tốc độ v0 mm/phút trước/sau điểm góc rẽ

Tốc độ v0 mm/phút trước/sau điểm góc rẽ

Từ kết quả trên, học viên đưa ra phương pháp đề xuất theo phương pháp bù trừ sai số góc rẽ:

Hình 6.8 Thực nghiệm so sánh đường chạy dao giữa phương pháp đề xuất bù trừ sai số với i/4 (mm) và đường chạy dao gồm 3 điểm lập trình khi bật chức năng điều khiển AI

Hình 6.9 So sánh các kết quả bù trừ với đường chạy dao có/ không có chức năng AI

Mặc dù kết quả thực nghiệm của hai phương pháp cải thiện độ chính xác của đường chạy dao chưa cải thiện hơn so với trường hơp bật AI nhưng cải thiện được độ chính xác so với trường hợp không bật AI Thêm vào đó, việc cải thiện độ chính xác gia công khi không bật tính năng điều khiển AI có ý nghĩa rất lớn đối với nhiều hệ thống máy CNC phổ thông không có tính năng điều khiển AI Tuy nhiên, trong trường hợp sử dụng nhiều các điểm bù trừ và tăng giảm tốc sẽ làm tăng thời gian gia công, do quá trình thay đổi tăng/ giảm tốc độ

Ta tiến hành thực nghiệm trên mẫu phôi để đánh giá kết quả khi có tác động cắt vào phôi Ta thiết kế 04 đường chạy dao để đánh giá được sự cải tiến như sau:

So sánh các kết quả bù trừ với đường chạy dao có/ không có chức năng AI Đường chạy dao khi không có AI Đường chạy dao khi có AI Đường chạy dao khi bù trừ bằng thay đổi tăng/ giảm tốc tại điểm góc rẽ Đường chạy dao khi có bù trừ sai số góc rẽ

(1) Có bật chức năng AI

(2) Không bật chức năng AI

(3) Phương pháp bù trừ sai số góc rẽ

(4) Phương pháp thay đổi tốc độ gần điểm góc rẽ

Vì mâm kẹp của máy CNC Amada MX150 là mâm xoay nên cần có bước gia công phôi để gá đặt

Hình 6.10 Gia công điểm gá đặt vào mâm kẹp máy CNC Amada MX150

Sau khi gia công điểm gá đặt, ta thiết kế code CNC của 4 đường chạy dao và gá đặt phôi vào máy công cụ CNC Amada MX150

Hình 6.11 Gá đặt phôi vào máy công cụ CNC Amada MX150

Hình 6.12 Kết quả đường chạy dao trên phôi mẫu

So sánh đường chạy dao trên mẫu phôi Đường thực nghiệm Đường thiết kế

X Axis Đường chạy dao có chức năng AI Đường thực nghiệm Đường thiết kế

X Axis Đường chạy dao không có chức năng AI Đường thực nghiệm Đường thiết kế

X Axis Đường chạy dao cải thiện khi thay đổi tốc độ gần điểm góc rẽ Đường thực nghiệm Đường thiết kế

X Axis Đường chạy dao cải thiện khi bù trừ sai số góc rẽ Đường thực nghiệm Đường thiết kế

Hình 6.13 Chi tiết góc rẽ của 4 đường chạy dao

Hình 6.14 Kết quả chạy dao trên phôi mẫu nhựa BOM

Theo kết quả ghi nhận từ phần mềm Fanuc Servo Guide, đường chạy số 4 khi bù trừ sai số góc rẽ có độ chính xác cao nhất và gần với đường chạy thiết kế nhất Tuy nhiên, khi nhìn vào kết quả chạy dao trên mẫu phôi, độ sai lệch nhỏ ở micro mét nên chưa thấy rõ sự khác biệt bằng mắt thường

CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Trong nghiên cứu này, để cải thiện độ chính xác gia công, học viên đề xuất một phương pháp mô hình hóa sự thay đổi tốc độ tiến dao có xét đến điều khiển tăng/giảm tốc của máy công cụ, dự đoán đường chạy dao và xác thực tính hữu ích của phương pháp được đề xuất thông qua thực nghiệm Hơn nữa, dựa trên đường chạy dao dự đoán, các phương pháp tạo đường chạy dao để cải thiện độ chính xác của đường chạy dao và độ chính xác gia công đã được đề xuất, tính hữu ích của phương pháp đã được xác thực bằng cách so sánh với đường chạy dao lý tưởng Phương pháp cải thiện độ chính xác của đường chạy dao chưa cải thiện hơn so với trường hơp bật AI nhưng cải thiện được độ chính xác so với trường hợp không bật AI.

Kết luận và hướng phạt triển đề tài

Trong nghiên cứu này, đã dự đoán đường chạy dao, đo lường và đánh giá phương pháp đề xuất được thực hiện có và không có chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao AI, các thí nghiệm được giới hạn chỉ điều khiển hai trục trong mặt phẳng XY Triển vọng trong tương lai có thể cải thiện độ chính xác của phương pháp tạo đường chạy dao và đề xuất phương pháp gia công phức hợp bao gồm cả trục Z và trục quay C

Trong thời gian gần đây, việc tạo đường chạy dao để gia công tốc độ cao và độ chính xác cao cho các bề mặt cong đã trở thành một nhiệm vụ quan trọng Nội suy tuyến tính (dựa trên G01) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất thương mại có hỗ trợ máy tính (CAM) Tốc độ chạy dao và đường chạy dao thực tế thay đổi, thời gian cắt kéo dài do đặc tính tăng/giảm tốc của bộ điều khiển máy công cụ Quá trình đánh bóng trong hậu xử lý vẫn là điều bắt buộc để nâng cao chất lượng bề mặt đã gia công Mục tiêu là đưa ra một phương pháp tạo đường chạy dao để đạt được độ chính xác cao và gia công CNC tốc độ cao cho bề mặt cong tự do Với mục đích này, đường chạy dao có độ chính xác cao được tính toán cho bề mặt cong tự do (curved-surface) và được sửa lỗi dựa trên sự dự đoán sai số biến dạng dao có xem xét đến các đặc tính tăng/giảm tốc độ của máy công cụ