nghiên cứu, nâng cao chất lượng truyền động bàn máy gia công tia lửa điện cnc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC NGUYỄN THỊ MAI THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: Học viên: NGUYỄN THỊ MAI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC Học viên: Nguyễn Thị Mai Lớp: TĐH – K11 Chuyên ngành: Tự động hóa Người HD khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp Ngày giao đề tài: 01/01/2010 Này hoàn thành: 30/07/2010 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS VÕ QUANG LẠP NGUYỄN THỊ MAI DUYỆT BGH KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Mai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Nộ i dung Trang Trang phụ bì a Lời cam đoan Mục lục Danh mụ c hình vẽ và đồ thị Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt Mở đầ u CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC 1.1. Lý thuyết gia công tia lửa điện CNC 1 1.1.1. Lịch sử phát triển của máy gia công tia lửa điện CNC 1 1.1.2. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện 2 1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá 3 1.2. Giới thiệu tổng quan máy EDM 4 1.2.1. Giới thiệu sơ đồ 4 1.2.2. Các khâu quan trọng trong sơ đồ 5 1.3. Hệ thống đo lường trong máy EDM 14 1.3.1. Cảm biến vị trí, tốc độ 14 1.3.2. Các phương pháp đo vị trí 19 1.3.3. Hệ điều khiển các chuyển động 26 CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG BÀN 2.1. Các yêu cầu của truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC 31 2.1.1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ 31 2.1.2. Độ trơn điều chỉnh tốc độ 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.3.Độ ổn định tốc độ 32 2.1.4. Đặc tính phụ tải 32 2.1.5. Độ chính xác vị trí 33 2.2. Các hệ truyền động bàn trong máy gia công tia lửa điện CNC 34 2.2.1. Truyền động thuỷ lực 34 2.2.2. Hệ truyền động dùng động cơ bước 37 2.2.3. Hệ truyền động dùng động cơ tuyến tính 40 2.2.4. Hệ truyền động dùng động cơ AC servo(AC servo motor) 41 2.2.5. Hệ truyền động dùng động cơ servo một chiều(DC servo motor) 42 2.2.6. Hệ truyền động Thyristor - động cơ (T- Đ) 44 2.2.7. Hệ truyền động xung điện áp động cơ điện một chiều 45 CHƢƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÀN 3.1. Sơ đồ khối 54 3.1.1. Giới thiệu sơ đồ 54 3.1.2. Thiết kế mạch tạo xung điều khiển đảo chiều 57 3.2. Tổng hợp hệ thống 62 3.2.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 62 3.2.2. Hàm số truyền các khâu trong sơ đồ 63 3.2.3. Tổng hợp hệ điều khiển 65 3.3. Mô phỏng hệ truyền động bàn máy EDM khi sử dụng bộ điều khiển PD 71 3.3.1. Tính toán các thông số hệ truyền động 71 3.3.2. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bàn máy gia công tia lửa điện sử dụng bộ điều khiển PD CHƢƠNG 4 NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC 71 4.1. Tính phi tuyế n của bộ điều khiển vị trí 74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.2. Ứng dụng bộ điều khiển mờ trong mạch vòng vị trí 76 4.2.1. Đặt vấn đề 76 4.2.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh mờ PD 77 4.2.3. Sơ đồ mô phỏng 82 4.3 Mô phỏng hệ thống 83 4.3.1. Mô phỏng hệ thống truyền động với tín hiệu đặt là hàm step 1(t) 83 4.3.2. Mô phỏng hệ thống truyền động với tín hiệu đặt là hàm hình sin 85 4.3.3. Nhận xét, so sánh kết quả mô phỏng 86 Kết luận và kiến nghị 88 Tài liệu tham khảo Phụ lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT NC Numberical Control CNC Computer Numberical Control CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing AC Altemating Current DC Direct Current EDM Electrocdischarge machining MCU Machine Control Unit CPU Central processing Unit DAC Digital Analog Convert PM Permanent Motor VR Variable – Reluctance steper motor PWM Pulse Width Modulation PID Proportional Intergal Derivative Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Sự phát triển của khoa học công nghệ đã đem đến những tăng trưởng bền vững cho các nước công nghiệp, đặc biệt nhờ giá trị gia tăng của “ chất xám’’ được áp dụng vào các sản phẩm công nghệ cao. Các sản phẩm này có mặt trong hầu hết các ngành kinh tế quốc dân như sinh học, y học, hàng không vũ trụ, công nghiệp… Nước ta đang trong quá trình CNH – HĐH và hội nhập kinh tế quốc tế nên các sản phẩm này phải chịu áp lực cạnh tranh rất lớn với các sản phẩm của các nước công nghiệp phát triển với đặc điểm mẫu mã đẹp, chất lượng tốt, giá thành hạ. Ngày nay trong sản xuất và đời sống xuất hiện ngày càng nhiều các sản phẩm hoặc chi tiết có hình dáng phức tạp hoặc được làm từ các vật liệu cứng rất khó gia công cắt gọt. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển các phương pháp công nghệ mới, trong đó có gia công tia lửa điện. Phương pháp này còn gọi là gia công EDM ( Electrical Discharge Machining ). Máy gia công tia lửa điện là một máy gia công mới xuất hiện nhiều ở nước ta, tuy nhiên việc đào tạo về công nghệ này chưa được quan tâm ở các trường Đại học kỹ thuật và các Viện nghiên cứu. Trong việc tự động hoá các dây chuyền sản xuất, điều chỉnh tự động truyền động điện giữ vai trò vị trí rất quan trọng đặc biệt là đòi hỏi các máy sản xuất phải lớn, tính năng làm việc cao. Trong máy gia công tia lửa điện CNC phần công nghệ và hệ truyền động cần được nghiên cứu, khảo sát và hoàn thiện dần, một phần là để phục vụ công tác nghiên cứu, một phần là để ứng dụng vào trong sản xuất. Vì vậy việc nghiên cứu hệ truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC là rất cần thiết. Trong cá c nhà má y xí nghiệ p công nghiệ p ở nướ c ta hiệ n nay má y công cụ điề u khiể n số CNC ngà y cà ng đượ c sử dụ ng rộ ng rã i . Việ c phá t huy hiệ u quả sử dụng, bảo dưng vận hành máy là vấ n đề đặ c biệ t quan tâm củ a chú ng ta . Muố n phát huy được hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như việc cải tiến nó cho phù hợ p vớ i điề u kiệ n môi trườ ng và con ngườ i Việ t Nam đò i hỏ i phả i có sự hiể u biế t sâu sắ c về má y công cụ CNC trong đó có máy gia công tia lửa điện CNC . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Việ c “Nghiên cứu, nâng cao chất lƣợng truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC” có mộ t ý nghĩ a rấ t lớ n trong ngà nh tự độ ng hó a . Đó chính là nội dung đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của tôi. Luận văn này được chia thành 4 chương sau: Chương 1 - Tổng quan về máy gia công tia lửa điện CNC. Chương 2 - Phân tích và chọn phương án truyền động bàn. Chương 3 - Phân tích và tổng hợp hệ truyền động bàn. Chương 4 - Nâng cao chất lượng hệ thống truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC. Tôi xin bà y tỏ lò ng biế t ơn chân thà nh tớ i PGS .TS Võ Quang Lạ p đã hướ ng dẫ n tậ n tình, chỉ bảo cặn k để tôi hoàn thành luận văn này . Xin gử i lờ i cả m ơn tớ i các thầy các cô Khoa sau đại học , Khoa điện và Khoa điện tử viễn thông Trườ ng ĐHKT Công nghiệ p Thá i Nguyên. Thái nguyên Ngày 30 tháng 07 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Mai [...]...- 1- CHNG 1 TNG QUAN V MY GIA CễNG TIA LA IN CNC ( Electrical Discharge Machining EDM) 1.1 Lý thuyt gia cụng tia la in CNC 1.1.1 Lch s phỏt trin ca mỏy gia cụng tia la in CNC Trong na th k qua, nhu cu v cỏc vt liu cng, lõu mũn v siờu cng s dng cho tuabin mỏy bay, dng c khuụn mu tng lờn khụng ngng cỏc nc phỏt trin Vic gia cụng cỏc vt liu ú bng cụng ngh ct gt thụng thng (Tin,... ngh gia cụng tia la in H bt u s dng tia la in lm mt quỏ trỡnh ht kim loi m khụng ph thuc vo cng ca vt liu ú Cỏc mỏy u tiờn ca thi k nhng nm 50 60 ca th k 20 ớt t ng hoỏ v khụng tin dựng lm Ngy nay vi cỏc thut toỏn iu khin mi, vi cỏc h thng iu khin CNC cho phộp gia cụng t nng sut v cht lng cao m khụng cn n s tham ra trc tip ca con ngi Cỏc mỏy gia cụng tia la in ngy nay c c trng bi cỏc mc t ng hoỏ cao. .. lý gia cụng bng tia la in Khi cỏc tia la in c phỏt ra, vt liu mt bụi trn se ht i bi mt quỏ trỡnh in - nhit thụng qua s núng chy v bc hi kim loi, nú thay cho tỏc ng kim loi ca dng c vo phụi Quỏ trỡnh ht kim loi bng in nhit bi s phúng in c gi l Gia cụng tia la in ( Nguyờn gc ting anh l Electrical Discharge Machining., gi tt l gia cụng EDM) Hỡnh 1.1 Nguyờn lý gia cụng tia la in t mt in ỏp mt chiu gia. .. 1.1.3.1 Nng sut gia cụng (mm3/phỳt hay g/phỳt) Nng sut gia cụng l lng ht vt liu chi tit trong 1 khong thi gian (tớnh bng phỳt hoc gi) Nng sut t l thun vi cng dũng in v khong thi gian gia cụng cú ớch (thi gian giai on 2) S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 4- Thc t, mt i lng khỏc tng t nng sut thng c dựng trong quỏ trỡnh iu khin l hiu sut gia cụng Hiu sut gia cụng c... trng cao Gia cỏc in cc luụn cú 1 khe h nh c gi l kờnh phúng in Khe h ny cn c m bo trong sut quỏ trỡnh gia cụng duy trỡ s n nh ca tia la in 1.1.3 Cỏc ch tiờu ỏnh giỏ cú th ỏnh giỏ c quỏ trỡnh gia cụng EDM, cỏc nh nghiờn cu v gia cụng EDM ó a ra mt s cỏc ch tiờu Cỏc ch tiờu ny khụng nhng c ỏp dng trong thit k v tớnh toỏn thụng thng m cũn c cỏc b iu khin CNC dựng lm tiờu chớ iu khin t ng quỏ trỡnh gia. .. mu Mi chu k gia cụng c tớnh trong khong thi gian (ti+to) (s) Theo cụng thc trờn, hiu sut c tớnh cho mt quỏ trỡnh gia cụng hay mt khong thi gian xỏc nh Thụng thng, cỏc h iu khin hin i nh AGIE, Charmill, Mitsubishi ly N=1000 1.1.3.2 Lng mũn ca in cc Ve (g) Khi gia cụng, bờn cnh vt liu chi tit b mũn thỡ in cc cng b mũn theo mũn ny se nh hng trc tip n kớch thc v hỡnh dỏng ca chi tit sau khi gia cụng Mt... in c s dng cho gia cụng tia la in khụng vt qua cỏc hn c quy nh trong chng trỡnh gia cụng v c cung cp bi h thng iu khin 1.2.2.2 Cỏc chuyn ng ch yu a in cc: úng vai trũ l mt con dao ct gt kim loi ging nh cỏc mỏy gia cụng khỏc, nhng khỏc l dựng tia la in Cỏc yờu cu v ch tiờu ỏnh giỏ ó c trỡnh by phn trờn b Chuyn ng n dao: Cú 3 chuyn ng Tt c cỏc bn trt theo phng X,Y,Z ca mỏy xung nh hỡnh CNC u c trang... http://www.lrc-tnu.edu.vn - 7- * Bc 2: Thc hin gia cụng, thụng thng dng c chuyn ng theo trc Z hay cũn gi l chuyn ng chy dao ng * Bc 3: Thc hin chy dao dc theo trc Z thoỏt khi vựng gia cụng sau khi gia cụng xong * Bc 4: Chuyn ng nhanh dng c ti v trớ gia cụng tip theo 1 4 2 3 Hỡnh 1.4 iu khin v trớ thc hin chuyn ng chy dng c t im va gia cụng xong n im gia cụng tip theo ngi ta cú th thc hin theo cỏc... trỡnh gia cụng tia la in Mỏy phỏt c t trong khoang iu khin Nú c ni vi mt mỏy phỏt xung bm gi, mt b bt tt dũng in t v mt mỏy gii hn dũng in theo s hỡnh 1.3 Ngun in ỏp se cung cp in ỏp ban u c yờu cu cho gia cụng xung nh hỡnh Mt cc ca ngun in ỏp c ni trc tip vo phụi, cc kia c ni vo in qua mt mỏy ngt dũng in v mt mỏy hn ch dũng Mỏy phỏt xung bm gi dựng ngt dũng in t Xung bm gi mt c trng ca mỏy gia cụng tia. .. ca cỏc in cc, dung dch in mụi v khe h gia cỏc in cc Ngun cung cp in ỏp dng xung: thi gian ngt ngun in l khong thi gian cn thit dung dch in mụi cú th khụi phc li trng thỏi khụng dn in ca nú v sn sng cho xung gia cụng tip theo Nu thi gian ny khụng cú hay nh quỏ se lm dung dch in mụi luụn trng thỏi dn in iu ny lm cho tia la in phỏt trin thnh h quang gõy hng b mt chi tit v in cc Cỏc in cc lm bng 2 loi . QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC 1.1. Lý thuyết gia công tia lửa điện CNC 1 1.1.1. Lịch sử phát triển của máy gia công tia lửa điện CNC 1 1.1.2. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện. sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bàn máy gia công tia lửa điện sử dụng bộ điều khiển PD CHƢƠNG 4 NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC 71 4.1. Tính phi tuyế. TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC ( Electrical Discharge Machining – EDM) 1.1. Lý thuyết gia công tia lửa điện CNC 1.1.1. Lịch sử phát triển của máy gia công tia lửa điện CNC Trong