Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước,có thể nói một trong những tiêu chí đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức tự độnghoá trong quá trình sản xuất mà trước hết là năng suất và chất lượng sản phẩm. Sự phát triển nhanh cuả máy tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở và hỗ trợ cho sự phát hiển của nghành tự động hoá. Nước ta, mặc dù là mộth đang phát hiển, những năm gần đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và đặc biệt là ứng dụng tự động hoá trong các nghành sản xuất đã có bước phát hiển mới. Ngày nay tự động hoá đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất. một trong những ứng dụng của nó là sủa dụng máy công cụ CNC.
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP -1 - LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước,có thể nói một trong những tiêu chí đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức tự độnghoá trong quá trình sản xuất mà trước hết là năng suất và chất lượng sản phẩm. Sự phát triển nhanh cuả máy tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở và hỗ trợ cho sự phát hiển của nghành tự động hoá. Nước ta, mặc dù là mộth đang phát hiển, những năm gần đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và đặc biệt là ứng dụng tự động hoá trong các nghành sản xuất đã có bước phát hiển mới. Ngày nay tự động hoá đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất. một trong những ứng dụng của nó là sủa dụng máy công cụ CNC. Trong quá trinh thực tập chúng em đã được làm quen vơi một dạng CNC đó là máy phay CNC CYBER-MILL. Nhờ đựơc sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn đặc biết là thầy Nguyễn Mạnh Tiến và Thầy Hà Tất Thắng mà chúng em đã phần nao nắm bắt được nhũng kiến thức về CNC. Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên những điều chúng em đã làm được sẽ có rất nhiều thiếu sót. Rất mong đước sự góp ý của các thầy cô và các bạn. Sinh viên : Bùi Văn Việt -2- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP PHẦN I TỔNG QUAN CNC 1.1. KHÁI NIÊN MÁY CNC CNC là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng máy tính Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chuơng trình đã đuợc lập trình sẳn để gia công các chi tiết. Các chuơng trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, Máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy, Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nà. Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. 1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA MÁY CỒNG cụ ĐIỀU KHIỂN CNC Đặc điểm của các động cơ truyền động Truyền động chính: Động cơ chính thường dùng động cơ dòng một chiều hoặc dòng điện xoay chiều. Truyền động chạy dao: Động cơ dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều với bộ vitme/đai ốc/ bi cho từng trục, chạy dao độc lập X, Y, z. Thường sử dụng động cơ dòng một chiều có đặc tính động học tốt cho các quá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chính xác điều chỉnh cao cho những đoạn đường chuyển chính xác. Bộ víme/đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và không có khe hở khi truyền với tốc độ cao. Để có thể dịch chuyển chính xác trên các biên dạng, các trục truyền dẫn không được phép có khe hở và cũng không được phép có BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP -3- hiệu ứng stick-slip(hiện tượng trượt lùi do lực cản ma sát). Bộ vítme/ đai ốc/ bi là giải pháp kỹ thuật đảm bảo được yêu cầu đó. Phương thức tác dụng của vítme/ đai ốc/ bi: Các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy. nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài giữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đối ngược. Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này, bước nâng của rãnh vít trên trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau. Việc dẫn bi hồi rãnh được thực hiện nhờ các rãnh dẫn hướng bố trí bên trong hoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài trục. Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm. 1.3. HỆ TOẠ SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC 1.3.1 hệ toạ độ vuông góc Các điểm mà dao cắt đi tới trong khi gia công được xác định trong một chương trình. Để mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, ta dùng một hệ toạ độ. Nó bao gồm ba trục vuông gốc với nhau cũng cắt nhau tại điểm 0. Trong hệ toạ độ này có các trục X, Y, và z. Với một hệ trục toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng được xác định thông qua các toạ độ của nó. Hệ toạ độ máy do nhà chế tạo máy xác đinh, thông thường nó không thể bị thay đổi. Trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị. Trên máy phay nó nằm song song với bàn máy(bàn kẹp chi tiết). Trục Y là trục thứ hai trong mặt phẳng định vị. Nó nằm hên mặt nắp máy và vuông góc với bàn máy. Trục z luôn luôn trùng với trục truyền động chính. Trục này được nhà chế tạo xác định. Chiều dương của trục z chạy từ chi tiết hướng đến dao cắt. Điều đó có nghĩa là trong chuyển động theo chiều âm của trục z, dao cắt sẽ đi tới bề mặt chi tiết BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP -4- Để xác định nhanh chiều của các trục, dùng luật bàn tay phải: ta đặt ngón giữa của bàn tay phải theo chiều của trục z thì ngón tay cái sẽ trỏ theo chiều trục X và ngón tay trỏ sẽ chỉ theo chiều Y. Hệ toạ độ cơ bản đựơc gắn liền với chi tiết. Bởi vậy khi ta lập trình ta phải luôn luôn xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyển động. Điều đó có nghĩa là : Khi cắt phay, rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhưng để đơn giản cho việc lập trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn dao cắt thi dịch chuyển. Ta gọi đó là chuyển động tương đối của dao cụ. Để mô tả đường dịch chuyển dao(các dữ liệu toạ độ) ừên một số máy CNC có cả hai khả năng. 1.3.1.1 Dùng toạ độ Đề các. Khi dùng dữ liệu toạ độ Đề các, ta đưa ra các khoảng cách đo song song với các trục từ một điểm tới một điểm khác. Các khoảng cách theo chiều dương của trục có kèm theo dấu dương(+) phía trước. Các khoảng cách theo chiều âm của trục có kèm theo dấu âm(-) phía trước. Các số đo có thể đưa ra theo hai phương thức: Đo tuyệt đối: Với các số đo tuyệt đối, ta đưa ra toạ độ của các điểm đích tính từ một điểm cố định trong vùng làm việc. Nghĩa là trong mỗi chuyển động đều xác định, dao cắt phải dịch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối. BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP -5- Đo theo kích thước : Với các số đo theo chuỗi kích thước, ta đưa ra toạ độ của các điểm đích tính từ mỗi điểm dừng lại của dao cắt sau một vệt cắt. Nghĩa là trong mỗi chuyến đều đưa ra số liệu dao cần được dịch chuyển tiếp một lượng là bao nhiêu nữa theo từng trục toạ độ. 1.3.1.2 Dùng toạ độ cực Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ toạ độ cực, ta đưa ra vị hí của một điểm không qua khoảng cách và góc so với một trục cơ sở Các toạ độ cực chỉ có thể đo trên mặt phẳng chính. Trong phạm vi của một hệ toạ độ cực có ba mặt phẳng chính. Từ ba trục X, Y và z của hệ thống sẽ có ba bề mặt kẹp, đó là : mặt X/Y; mặt X/Z và mặt Y/Z 1.3.2 Những điểm quan trọng trong một hệ toạ độ Điểm chuẩn của máy M: là điểm gốc M của hệ toạ độ máy Điểm w chi tiết: là điểm gốc 0 của hệ toạ độ chi tiết, nó đựoc giữ cố định cho một chi tiết. Điểm chuẩn của dao P: là điểm gôc của hệ toạ độ gắn trên dao cắt. Điểm 0 lập hình: là điểm gốc 0, từ đó xác định các dữ liệu cập nhập trong một chương trình. Điểm này có thể thay đổi thông qua lệnh chuyển điểm 0. 1.4. QUAN HỆ GIỮA CÁC TRỤC TOẠ ĐỘ Khi gia công trên các máy CNC người ta có thể chia các hệ trục toạ độ thành 3 loại: hệ trục toạ đọ máy, hệ trục toạ độ chi tiết và hệ trục toạ độ của dao. Từ hệ trục toạ độ của máy có điểm gốc M ta có thể biểu diễn được hệ toạ độ của chi tiết và hệ toạ độ của dao bằng các phép dịch chuyển tịnh tiến hay các phép quay. Nhờ đó ta có thể xác định đựơc vị trị của điểm trên chi tiết cần gia công cũng như vị trị dao để gia công chi tiết. 1.5. CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY CỒNG cụ CNC. BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP -6- Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, .v.v Do đó các dạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành: điều khiển điểm- điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo biên dạng. a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren. ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới đích dao bắt đầu gia công, truờng họp này quỹ đạo của chuyển động dao là không quan trọng, điều quan họng là vị hí gia công đạt đến phải chính xác. b) Điều khiển theo đường thẳng. Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Khi thực hiện gia công các chuyển động theo các trục toạ độ là độc lập không có quan hệ rằng buộc nào với trục khác. c) Điều khiển biên dạng. Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy trên nhiều trục cùng một lúc. Trong trường họp này cả hai trục để tạo ra một dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong, ở đây theo các trục có quan hệ hàm số ràng buộc với nhau. -7- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP PHẦN II GIỚI THIỆU CNC CYBER-MILL CYBER- MILL là máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có mô hình như sau: Các bộ phận Truyền động: Động cơ một chiều có mang dao phay đường kính dao 3mm. Chuyển động ăn dao: Chuyển động ăn dao được thực hiện nhờ ba động cơ bước hoạt động độc lập nhau mỗi động cơ loại nguồn 2A-5V và bộ Vitme/ đaiốc. Mỗi động cơ bước thực hiện điều khiển chuyển động theo một trục nhất định trong hệ toạ độ Đề các(X,Y,Z). Bộ truyền động được sử dụng là Vitme/đai ốc. Chiều dài Vít me trục z là 210 mm. -8- Chiều dài Vitme trục X là 380 mm. BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Chiều dài Vitme trục Y là 210 mm. Khoảng cách các răng trên Vitme là 3mm/răng Độ rộng mỗi răng là lmm. đường kính Vitme la Ì2mm. Không gian làm việc : 20x40( mm X mm). Đầu Vitme được nối với trục của động cơ bước thực hiện biến đổi chuyển động quay tròn của động cơ bước thành chuyển động thẳng của vật mang chi tiết. Đầu còn lại của Vitme được gá vào khung đỡ. ở giữa của Vitme đựơc gá vào đaiốc để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Tính toán chuyển động: Động cơ bước có số bước 200 bước/ vòng. Do đó để thực hiện chuyển động một khoảng L theo một trục nào đó của vật mang chi tiết thì số vòng quay phải thực hiện sẽ là L/3. Khi đó số xung cân cấp cho động cơ bứơc sẽ là 200 .L/3. Việc tính toán điều khiển chuyển động động cơ bước sẽ được thực hiện bằng máy tín. Việc thực hiện điều khiển chuyển động của động cơ bước được thiết kế như phần rv dưới đây. BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP -9- PHAÑra ĐỘNG Cơ BƯỚC I. GIỚI THIỆU ĐỘNG Cơ BƯỚC 1. Khái quát về động cơ bước Các hệ truyền động rời rạc thường được thực hiện nhờ động cơ chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bước. Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto và có khả năng cố định rôto vào những vị trí cần thiết. Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của tôto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato(phần ứng) của động cơ bước thì rôto(phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì rôto sẽ quay liên tục. (Thực chất là chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc). về cấu tạo, động cơ bước có thể coi là tổng họp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ. Trong khi động cơ một chiều không tiếp xúc có rôto thường là một nam châm vĩnh cửu(số đôi cực 2p=2) và cần có cảm biến vị trí rôto thì động cơ bước có rôto dạng cực lồi gồm nhiều răng cách đều cấu thành các cặp nam châm N-S xen kẽ nhau để tạo ra số cặp cực 2p lớn hơn và không cần phải có bộ cảm biến vị trí rôto. Động cơ bước vì từ trường quay không liên tục do các xung điện cấp vào rời rạc nên rôto quay theo các bước. BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP -10- Cũng giống như động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ, động cơ bước có các bối dây tạo thành các pha trên stato, đồng thời trên cả rôto và stato đều có các ráng để tạo thành các cặp cực và các nam châm điện. Nhưng động cơ đồng bộ gảim tốc có các cuộn kích thích và cần phải có dòng điện kích thích để khởi động, còn động cơ bước không cần yếu tố này. Mặt khác Có thể cói động cơ bước là linh kiện số mà ở đó các thông tin số hoá đã thiết lập sẽ được chuyển thành chuyển động quay theo từng bước. Động cơ bước sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã số hoá này máy tính yêu cầu 2. Nguyên lý hoạt động. Rô to động cơ bước không có cuộn dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số. Rôto của động cơ bước có thể được kích thích(rôto tích cực) hoặc không được kích thích(rôto thụ động). Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực hoặc xung 2 cực Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây stato theo từng cuộn dây riêng lẽ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số và chiều của lực điện từ tổng F của động cơ và do đó vị trí của rôto trong không gian hoàn toàn phụ thuộc voà phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây. [...]... Việc điều khiển dòng điện(chopping) có thể thực hiện hoặc bằng các tín hiệu pha(ABCD) hoặc bằng các tín hiệu INHIBITỢNHl và IHN2) Tín hiệu - 32- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP CONTROL(chân 11) đảm nhận việc xác định xác định chopping bằng cách nào - Nếu CONTROL=l thì chopping bằng tín hiệu pha - Nếu CONTROL=0 thì chopping bằng tín hiệu INHIBIT - 33- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Với động cơ bước đơn cực ta... “5 b ĩ S CÁO THỰC TẬP TỠT NGHIỆP 5 BÁO I J ĩ * ^ nnrrrriVimnnn B c o l ĨNĨ Ĩ1 - Chế độ điều khiển nửa bước khi không ở trạng thái chopping * I -L l 29 ITT 32 FTT 32 “nr¥ifVinfVinr%Trinr~ 38 INH o mĩĩ ^ Các trạng thái và xung ra khi cấp dòng điện đồng thời cho 2 pha ở chế độ cả bước Các tỉn hiệu INH1 và INH2 đều cao - 29- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP... trong đổ có cả tín hiều thực hiện chức năng cấm và chopper - 27- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Hiirrrũu 57ẼP W5T1 aHfrno h iC*Kc Wj íTS Tiỉ VtNi» V r ẹ t SCHSi 05C Sơ đồ khối của vi mạch L297, hao gồm một bộ biến đỗi (TRANSLATOR), một bộ tạo xung chopper kép PWM và bộ logic điều khiển đầu ra về chức năng bên trong thi khối biến đổi gồm bộ đếm 3 bit và một số mạch logic tổ hợp để tạo ra tập hợp mã Gờrây cho... khi -21 - BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP chọn các khoá điện tử 3.2 Điều khiển dòng-áp băng hệ số L/R Đây là cách đơn giản nhất,chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất rất nhỏ Bản chất của kiểu điều khiển này là khi ở trạng thái ở trạng thái giữ thì nguồn chịu tải chính là R-s, khi dịch bước thì nguồn chịu tải chính là cảm kháng ZL Muốn cho động cơ quay với tốc độ cao thì phải chọn Vcc lớn, trên thực tế... Sơ đồ điện áp và dòng điện của cuộn dây pha trong trường hợp này như sau: - 22- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Sơ đồ xung điện áp và dòng điện của cuộn dây stato khỉ điều khiển bằng độ rộng xung Kinh nghiệm cho thấy, đối với phần lớn các loại động cơ bước, tần số xung trong lúc giữ là 20 kHz; còn độ rộng xung chủ yếu khảo sát thực tế đối với từng loại động cơ bước, hoặc tính được từ phương trình 27 khi...BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Thực tế để tăng cường lực điện từ tổng của stato và do đó tăng từ thông và mômen đồng bộ, người ta thường cấp điện đồng thời cho hai,ba hoặc nhiều cuộn dây Lúc đó rôto của động cơ bước sẽ... vị trí đó và - 13- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP do góc a=0 nên M=Mmax Điều kiện để giữ được rôto không trượt khỏi vị trí là: Mr . TẬP TÔT NGHIỆP PHẦN I TỔNG QUAN CNC 1.1. KHÁI NIÊN MÁY CNC CNC là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng máy tính Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chuơng. một trong những ứng dụng của nó là sủa dụng máy công cụ CNC. Trong quá trinh thực tập chúng em đã được làm quen vơi một dạng CNC đó là máy phay CNC CYBER-MILL. Nhờ đựơc sự giúp đỡ của các thầy. ngoài trục. Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm. 1.3. HỆ TOẠ SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC 1.3.1 hệ toạ độ vuông góc Các điểm mà dao cắt