CNC là viết tắt của các từ Computer Numerical Control, xuất hiện vào khoảng đầu thập niên 1970 khi máy tính bắt đầu được dùng ở các hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical (Điều khiển số ). CNC đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) các bộ phận kim khí( hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA274D, thường gọi mã G. CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở trong phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT. Trước khoảng thời gian này, các chương trình NC thường phải được mã hoá và xử lý trên các băng đục lỗ, hệ điều khiển các trục máy chuyển động. Cách này đã cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn khi sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mòn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé...Hệ điều khiển CNC khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng điều khiển máy bằng cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải và xử lý, điều khiển các quá trình một cách nhanh chóng, chính xác.
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC I KHÁI NIỆM CNC viết tắt từ Computer Numerical Control, xuất vào khoảng đầu thập niên 1970 máy tính bắt đầu dùng hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical (Điều khiển số ) CNC đề cập đến việc điều khiển máy tính máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) phận kim khí( hay vật liệu khác) phức tạp, cách sử dụng chương trình viết ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 phòng thí nghiệm Servomechanism trường MIT Trước khoảng thời gian này, chương trình NC thường phải mã hoá xử lý băng đục lỗ, hệ điều khiển trục máy chuyển động Cách cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mòn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé Hệ điều khiển CNC khắc phục nhược điểm nhờ khả điều khiển máy cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin lưu trữ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải xử lý, điều khiển trình cách nhanh chóng, xác Sự xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kĩ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho công việc khác Ngoài cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, loạt máy CNC kết hợp thành tổ hợp, gọi cell, để làm nhiều thao tác phận Máy CNC ngày điều khiển trực tiếp từ vẽ phần mềm CAM, phận hay lắp ráp trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần vẽ in chi tiết Có thể nói CNC phân đoạn hệ thống robot công nghiệp, tức chúng thiết kế để thực nhiều thao sản xuất (trong tầm giới hạn) Các loại máy tiện CNC phổ biến gồm có: • Máy tiện CNC • Máy phay CNC • Máy khoan tia lửa điện CNC • Máy cắt dây, độn dập CNC Hình 1.1 Máy CNC Mazak II LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN • 1725 – Phiếu đục lỗ dùng để tạo mẫu quần áo • • • • • • • • • • 1808 – Phiếu đục lỗ kim loại dùng để điều khiển tự động máy thêu 1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc piano nhờ băng lỗ 1940 – John Parsons sáng chế phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi liệu vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ 1952 – Máy công cụ NC điều khiển số 1959 - Ngôn ngữ APT đưa vào sử dụng 1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC) 1963 - Đồ hoạ máy tính 1970s - Máy CNC đưa vào sử dụng 1980s – Điều khiển số phân phối đưa vào sử dụng CAD/CAM Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa công trình người có tên John Parsons Từ năm 1940 Parsons sáng chế phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi liệu vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ Máy điều khiển để chuyển động theo tọa độ, nhờ tạo bề mặt cần thiết cánh máy bay Năm 1948 J Parson giới thiệu hiểu biết cho không lực Hoa Kỳ Cơ quan sau tài trợ cho loạt đề tài nghiên cứu phòng thí nghiệm Servomechanism trường Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT) Công trình MIT phát triển mẫu máy phay NC cách điều khiển chuyển động đầu dao theo trụ tọa độ Mẫu máy NC triển lãm vào năm 1952 Từ 1953 khả máy NC chứng minh Một thời gian ngắn sau, nhà chế tạo máy bắt đầu chế tạo máy NC để bán, nhà công nghiệp, đặc biệt nhà chế tạo máy bay dùng máy NC để chế tạo chi tiết cần thiết cho họ Hoa kỳ tiếp tục cố gắng phát triển NC cách tiếp tục tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC Kết qủa việc đời ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools vào năm 1959 - Mục tiêu việc nghiên cứu APT đảm bảo phương tiện để người lập trình gia công nhập câu lệnh vào máy NC Mặc dù APT bị trích thứ ngôn ngữ đồ sộ nhiều máy tính, công cụ yếu dùng rộng rãi công nghiệp ngày nhiều ngôn ngữ lập trình dựa APT III ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TRÚC MÁY CNC a, Cấu trúc Cấu tạo máy công cụ CNC giống máy công cụ truyền thống Sự khác chỗ thiết bị liên qua tới trình gia công điều khiển máy tính Phần lớn máy CNC làm việc theo hệ thống kín bao gồm phận sau: Bộ phận chương trình: Bộ phận bao gồm có chương trình, cấu di chuyển chương trình, cấu đọc chương trình Các máy CNC địa trang bị thiết bị có tính công nghệ cao phục vụ cho việc lập trình điều khiển máy Các máy tính có tốc độ xử lý cao dung lượng nhớ lớn lưu nhớ nhiều chương trình gia công đồng thời Căn vào vẽ chế tạo chi tiết mà ta lập chương trình gia công cho máy thông qua câu lệnh Từ câu lệnh lập phận nội suy máy thiết lập đường dịch chuyển dụng cụ cắt Có nhiều cách để lập chương trình cho máy CNC: • Lập trình bên máy (offline): chương trình lập sẵn bên sau lưu trữ vào vật mang tin đĩa từ, đĩa compact… đưa vào nhớ máy CNC thông qua thiết bị đọc truyền trực tiếp từ máy tính (đối với máy CNC có kết nối với máy tính) Cách lập trình thường áp dụng cho chi tiết phức tạp • Lập trình trực tiếp máy tính (online): chương trình lập trực tiếp phân xưởng gia công thông qua bàn phím máy Thường áp dụng cho chi tiết gia công đơn giản Bộ phận điều khiển: Từ chương trình gia công đưa vào máy nội suy máy tính toán đường dụng cụ Bộ phận điều khiển phát lệnh điều khiển thông số trình gia công trình phụ trợ ( điều khiển tốc độ quay động servo ứng với trục X,Y,Z, đóng mở dung dịch trơn lạnh, thay đổi dụng cụ cắt) Trong máy gia công điều khiển theo chương trình số, quãng đường chạy dụng cụ chi tiết cho trước mét cách xác thông qua dẫn điều khiển chương trình NC Tùy theo dạng chuyển động điểm đầu điểm cuối quãng đường chạy mà người ta chia thành dạng điều khiển: • Điều khiển theo điểm • Điều khiển theo đường • Điều khiển theo đường viền (contour) Trong dạng điều khiển dạng điều khiển theo điểm đơn giản nhât ứng dụng gia công theo tọa độ xác định đơn giản, trình gia công thực điểm đích Dạng điều khiển theo đường phức tạp dạng điều khiển dạng điểm cho phép tạo đường chạy song song với trục tọa độ, chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công Trong điều kiện điều khiển mở rộng trục máy chuyển động với tốc độ đồng thời ta gia công bề mặt côn 45 Bộ phận liên hệ ngược ( phận phản hồi) phận đo lường: Để xác cần có hệ thống đo đảm bảo độ xác Để biết khoảng dịch chuyển bàn trượt máy góc quay bàn quay, người ta sử dụng cảm biến đo gia số, mã góc xenxin Vị trí bàn máy thường không đo trực tiếp qua hệ thống đo sống trượt thân máy mà đo gián tiếp qua việc đo góc cấu chuyển động Cảm biến đo dịch chuyển thươc đo có khắc vạch, khắc vạch không tiếp xúc qua ánh sáng từ tính Khi đo theo phương pháp ánh sáng qua người ta thường dùng thước vạch thủy tinh có vạch không cho ánh sáng qua khe hở cho ánh sáng qua Thiết bị quét gồm nguồn sáng mạnh, quét hệ thống đánh giá điện tử Các quét giống thước có khắc vạch không cho ánh sáng qua khe hở cho ánh sáng qua Khi khe hở thước quét đứng đối diện mét cách xác, ánh sáng từ nguồn sáng đến đi-ốt quang điện nhạy cảm với ánh sáng đnáh giá điện tử Tín hiệu sáng, tối thiết bị đếm xung ghi nhận từ tính khoảng dịch chuyển bàn máy Tùy theo bước chia thước mà ta có độ xácđo tương ứng xác định xác vị trí bàn máy Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc máy phay CNC trục Hướng chuyển động thiết bị máy xác định theo hệ tọa độ tham chiếu phôi cần gia công có trục tọa độ nằm song song với phương chuyển động Các chuyển động cần thiết thành phần kết cấu (bàn máy, đầu mang dao, ) tính toán, điều khiển kiểm tra máy tính Vì lý mà phương pháp gia công cần có hệ thống đo lường đọc lập để xác định vị trí tương ứng toàn hệ thống di chuyển phản hồi thông tin cho điều khiển b, So sánh với máy công cụ thường Dưới bảng so sánh chức máy công cụ thường máy CNC Máy công cụ thường Nhập Đòi hỏi phải điều chỉnh liệu bẳng tay theo hình vẽ, gá phôi dao cắt tương ứng Điều khiển Người thợ đặt thông số gia công ( số vòng quay, chiều sâu cắt,…) tay Kiểm tra Người thợ phải đo kiểm tra kích thước dụng cụ cầm tay, cần thiết phải lặp lại trình gia công Máy CNC Các chương trình NC nhập vào bàn phím, đĩa từ cáp truyền Bộ điều khiển lưu trữ chương trình nhớ đĩa cứng Các chức điều khiển máy vi tính tích hợp điều khiển CNC phần mềm tương ứng để đảm nhận Bộ nhớ dùng để chứa chương trình, chương trình con, liệu máy, dao cắt bù dao, chu trình gia công Phần mềm giám sát sai số tích hợp điều khiển Máy CNC đảm bảo ổn định kích thước trình gia công thông tin phản hồi liên tục từ hệ thống đo động servo đưuọc điều khiển số vòng quay Các servo đo lường giám sát điều khiển kích thước trình gia công c, Ưu điểm so với máy công cụ thường Tốc độ cắt cao máy CNC với việc giảm thời gian phụ, thời gian chuẩn bị kết thúc cho phép nâng cao suất gia công Dưới nhân tố có ảnh hưởng quan trọng: • Lập trình tay trực tiếp máy công cụ • Cho phép lưu trình gia công lặp lại nhiều lần dạng chương trình • Mô tả hình dạng chi tiết cần gia công thông số hình học đơn giản • Tự động tiến dao đạt kích thước cần gia công • Tự động khởi tạo chức máy can thiệp nagy phát lỗi nhiễu Tự động giám sát gia công qua điều khiển CNC (đo kiểm tra tự động) Có thể điều chỉnh dao cắt sơ mà không ảnh hưởng đến tiến trình gia công máy Chất lượng gia công ổn định, phế phẩm Độ xác kích thước tăng độ xác học máy công cụ cao Thời gian chạy không cắt chuyển bước gia công ngắn Tận dụng máy nhiều Lầm việc linh hoạt hệ thống sản xuất, tương ứng khả xử lý nhiều phôi lúc với độ phức tạp cao cách thông minh Các liệu nhập vào máy xử lý qua khuếch đại gửi tới động Trên đầu trục có gắn động riêng biệt để điều khiển di chuyển trục Trên đầu trục có gắn cảm biến tốc độ (các cảm biến anfy có nhiệm vụ phản hồi thông tin bảng điều khiển hiệu chỉnh liệu có sai lệch phát tín hiệu điều chỉnh) Các thông tin tả đổi với diễn vòng tròn khép kín • • Do có ưu điểm trên, máy công cụ CNC ngày trở nên phổ biến gia công cắt gọt Phạm vi ứng dụng rộng rãi đặc tính điển hình máy công cụ CNC IV ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC a, Cấu trúc điều khiển CNC Bộ điều khiển CNC thiết lập đẻ gairi mã xử lý thông tin hình học công nghệ chương trình NC Với điều khiển NC ta điều khiển ahy kiểm tra phần máy CNC cho chi tiết gia công hình thành theo yêu cầu Các chức điều khiển CNC đươc phân thành : Nhập liệu, xử lý liệu xuất liệu Hình 1.3 Cấu trúc điều khiển CNC Bộ điều khiển CNC: Xử lý công nghệ; Xử lý hình học Điều khiển điều chỉnh; Điều khiển trục; Gía trị vị thực b, Nguyên lý hoạt động hệ điều khiển • • • • • • • • Hệ điều khiển NC (điều khiển số) Điều khiển số (Numerical Control) quátrình tự động điều khiển hoạt động máytrên sở liệu số mã hoá đặc biệttạo nên chương trình làm việc thiết bịhay hệ thống Đặc tính hệ điều khiển “chương trìnhhoá mối liên hệ” mảng linh kiệnđiện tử riêng lẻ xác định nhiệm vụ định Liên hệ chúng phải thông qua dây nối hàn cứng mạch logic điều khiển Chức điều khiển xác định chủ yếu bởiphần cứng Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control) Điều khiển CNC hệ điều khiển lập trình ghi nhớ Nó bao hàm máy tính cấu thành từ vi xử lý kèm theo phận ngoại vi Các chương trình CNC hàm logic lưu vi mạch máy tính đặc biệt (các ghi nhớ máy tính) dạng phần mềm thay nối kết cứng (nối dây) chương trình làm việc thiết lập trước Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) Hệ thống điều khiển nhiều máy CNC nối với máy vi tính gia công trung tâm qua đường dẫn liệu • • • Mỗi máy công cụ CNC có hệ điều khiển CNC mà tính toán có nhệm vụ chọn lọc phân phối thông tin Máy tính trung tâm nhận thông tin từ phận điều khiển CNC để hiệu chỉnh chương trình đọc liệu từ máy CNC Trong số trường hợp máy tính đóng vai trò đạo việc lựa chọn chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia lượng gia công tới máy Hình 1.4 Hệ điều khiển DNC Theo phương diện khác, coi động bước linh kiện (hay thiết bị) số (Digital Device) mà thông tin số hoá thiết lập chuyển thành chuyển động quay theo bước Động bước thực trung thành lệnh số hoá mà máy tính yêu cầu Hình xung tương ứng với bước roto Hình mô tả tương quan trình điện trình động bước Nguyên lý làm việc chung động bước Khác với động đồng thông thường, Rotor động bước cuộn dây khởi động mà khởi động phương pháp tần số, Rotor động bước kích thích (Rotor tích cực) không kích thích (Rotor thụ động) Xung điện áp cấp cho cuộn dây Stator xung cực cực: Chuyển mạch điện tử cung cấp điện áp điều khiển cho cuộn dây Stator theo cuộn riêng lẻ, theo nhóm cuộn dây Trị số chiều lực điện từ tổng F phụ thuộc vào vị trí lực điện từ thành phần Do vị trí Rotor động bước không gian, hoàn toàn phụ thuộc vào phương pháp cung cấp điện cho cuộn dây Hình :Sơ đồ nguyên lý động bước m pha với Roto cực lực điện từ điều khiển xung cực Hình vẽ sơ đồ nguyên lý động bước m pha với Rotor có cực (2p=2) không kích thích Nếu cuộn dây động bước cấp điện cho cuộn dây riêng lẻ theo thứ tự 1, 2, 3, … m, xung cực, Rotor động bước có m vị trí ổn định trùng với trục cuộn dây (hình 5a) Để tăng cường lực điện từ tổng Stator tăng từ thông moment đồng bộ, ta cấp điện đồng thời cho hai, ba nhiều cuộn dây Lúc Rotor động bước có vị trí cân (ổn định) trùng với vector lực điện từ tổng F Đồng thời lực điện từ tổng F có giá trị lớn lực điện từ thành phần cuộn dây Stator (hình 5b, 5c) Hình b vẽ lực điện từ tổng F cung cấp điện đồng thời cho số chẵn cuộn dây (2 cuộn dây) Lực điện từ tổng F có trị số lớn nằm vị trí hai trục hai cuộn dây Hình 5c vẽ lực điện từ tổng F cung cấp điện đồng thời cho số lẻ cuộn dây (3 cuộn dây) Lực điện từ tổng F nằm trùng với trục cuộn dây có trị số lớn Tóm lại, hai trường hợp cấp điện cho số chẵn cuộn dây cấp điện cho số lẻ cuộn dây, Rotor động bước có m vị trí cân Góc xê dịch hai vị trí liên tiếp Rotor 2π/m Nếu cấp điện theo thứ tự số chẵn cuộn dây, số lẻ cuộn dây (ví dụ, kết hợp hình 5b 5c), hay nghĩa số lượng cuộn dây điều khiển luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ ngược lại, số vị trí cân Rotor tăng lên gấp đôi 2m, độ lớn bước giảm nửa 2π/m Trường hợp gọi điều khiển không đối xứng, hay điều khiển nửa bước (half step) Nếu số lượng cuộn dây điều khiển luôn không đổi (một số chẵn cuộn dây số lẻ cuộn dây, ví dụ hình 5b hình 5c) Rotor có m vị trí cân gọi điều khiển đối xứng, hay điều khiển bước (full step) Phân loại: Động bước chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu biến từ trở (cũng có loại động hỗn hợp nữa, không khác biệt với động nam châm vĩnh cửu) Nếu nhãn động cơ, bạn phân biệt hai loại động cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động nam châm vĩnh cửu dường có nấc bạn dùng tay xoay nhẹ rotor chúng, động biến từ trở dường xoay tự (mặc dù cảm thấy chúng có nấc nhẹ giảm từ tính rotor) Bạn phân biệt hai loại động ohm kế Động biến từ trở thường có mấu, với dây chung, đó, động nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có nút trung tâm Nút trung tâm dùng động nam châm vĩnh cửu đơn cực 5.1 Động biến từ trở Nếu motor bạn có cuộn dây, nối biểu đồ hình 1.1, với đầu nối chung cho tất cuộn, động biến từ trở Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường nối vào cực dương nguồn cuộn kích theo thứ tự liên tục Dấu thập hình 1.1 rotor động biến từ trở quay 30 độ bước Rotor động có stator có cực, cuộn quấn quanh hai cực đối diện Khi cuộn kích điện, X rotor bị hút vào cực Nếu dòng qua cuộn bị ngắt đóng dòng qua cuộn 2, rotor quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ Y hút vào cực Để quay động cách liên tục, cần cấp điện liên tục luân phiên cho cuộn Theo logic đặt ra, bảng có nghĩa có dòng điện qua cuộn, chuỗi điều khiển sau quay động theo chiều kim đồng hồ 24 bước vòng: Cuộn 1001001001001001001001001 Cuộn 0100100100100100100100100 Cuộn 0010010010010010010010010 thời gian ‐‐> Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết phương pháp tạo dãy tín hiệu điều khiển vậy, phần Các mạch điều khiển bàn việc đóng ngắt dòng điện qua cuộn để điều khiển động từ chuỗi Hình dạng động mô tả hình 1.1, quay 30 độ bước, dùng số rotor số cực stator tối thiểu Sử dụng nhiều cực nhiều cho phép động quay với góc nhỏ Tạo mặt bề mặt cực rotor cách phù hợp cho phép bước nhỏ đến vài độ 5.2 Động nam châm vĩnh cửu Động nam châm vĩnh cửu có roto nam châm vĩnh cửu với cực bắc nam nằm xen kẽ xung quanh biên dạng hình trụ roto Các cực roto đối diện cạnh ngược dấu Stato có cuộn dây quấn quanh rãnh đối diện tạo thành cực stato Khi cấp dòng điện chiều cho cuộn dây, cực stato hình thành nam châm điện hút cực từ roto làm roto quay góc bước Động có nhiều cực roto stato có góc bước nhỏ Động nam châm vĩnh cửu có nhiều loại: động đơn cực, động lưỡng cực, động nhiều fa Động đơn cực: Khi dùng, đầu nối trung tâm thường nối vào cực dương nguồn cấp, hai đầu lại mấu nối đất để đảo chiều từ trường tạo cuộn Sự khác hai loại động nam châm vĩnh cửu đơn cực động hỗn hợp đơn cực nói rõ nội dung tóm tắt tài liệu Từ đây, khảo sát động đơn cực, khảo sát động nam châm vĩnh cửu, việc điều khiển động hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự Mấu nằm cực stator, mấu nằm hai cực bên phải bên trái động Rotor nam châm vĩnh cửu với cực, Nam Bắc, xếp xen kẽ vòng tròn Để xử lý góc bước mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng Động 30 độ bước hình thiết kế động nam châm vĩnh cửu thông dụng nhất, động có bước 15 độ 7.5 độ lớn Người ta tạo động nam châm vĩnh cửu với bước 1.8 độ với động hỗn hợp bước nhỏ đạt 3.6 độ đến 1.8 độ, tốt nữa, đạt đến 0.72 độ Như hình, dòng điện qua từ đầu trung tâm mấu đến đầu a tạo cực Bắc stator cực lại stator cực Nam Nếu điện mấu bị ngắt kích mấu 2, rotor quay 30 độ, hay bước Để quay động cách liên tục, cần áp điện vào hai mấu đông theo dãy Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2b 0001000100010001000100010 thời gian ‐‐> Mấu 1a 1100110011001100110011001 Mấu 1b 0011001100110011001100110 Mấu 2a 0110011001100110011001100 Mấu 2b 1001100110011001100110011 thời gian ‐‐> Nhớ hai nửa mấu không kích lúc Cả hai dãy nêu quay động nam châm vĩnh cửu bước thời điểm Dãy bên trái cấp điện cho mấu thời điểm, mô tả hình trên; vậy, dùng lượng Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho hai mấu lúc nói chung tạo moment xoắy lớn dãy bên trái 1.4 lần phải cấp điện gấp lần Phần Điều khiển mức trung bình tài liệu cung cấp chi tiết phương pháp tạo dãy tín hiệu điều khiển vậy, phần Các mạch điều khiển nói mạch đóng ngắt mạch điện cần thiết để điều khiển mấu động từ dãy điều khiển Vị trí bước tạo hai chuỗi không giống nhau; kết quả, kết hợp chuỗi cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cách vị trí nêu hai dãy Chuỗi kết hợp sau: Mấu 1a 11000001110000011100000111 Mấu 1b 00011100000111000001110000 Mấu 2a 01110000011100000111000001 Mấu 2b 00000111000001110000011100 Thời gian ‐‐> Động lưỡng cực Động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp hai cực có cấu trúc khí giống y động đơn cực, hai mấu động nối đơn giản hơn, đầu trung tâm Vì vậy, thân động đơn giản hơn, mạch điều khiển để đảo cực cặp cực động phức tạp Minh hoạ hình 1.3 cách nối động cơ, phần rotor giống y hình 1.2 Mạch điều khiển cho động đòi hỏi mạch điều khiển cầu H cho mấu; điều bàn chi tiết phần Các mạch điều khiển Tóm lại, cầu H cho phép cực nguồn áp đến đầu mấu điều khiển cách độc lập Các dãy điều khiển cho bước đơn loại động nêu bên dưới, dùng + ‐ để đại diện cho cực nguồn áp áp vào đầu động cơ: Đầu 1a + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ ++‐‐++‐‐++‐‐++‐‐ Đầu 1b ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐‐++‐‐++‐‐++‐‐++ Đầu 2a ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐++‐‐++‐‐++‐‐++‐ Đầu 2b ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + +‐‐++‐‐++‐‐++‐‐+ thời gian ‐‐> Chú ý dãy giống động nam châm vĩnh cửu đơn cực, mức độ lý thuyết, mức độ mạch đóng ngắt cầu H, hệ thống điều khiển cho hai loại động giống Chú ý khác có nhiều chip điều khiển cầu H có đầu vào điều khiển đầu đầu khác để điều khiển hướng Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều khiển quay động giống dãy điều khiển nêu phía trên: Enable 1010101010101010 1111111111111111 Hướng 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100 Enable 0101010101010101 1111111111111111 Hướng x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110 thời gian ‐‐> Để phân biệt động nam châm vĩnh cửu hai cực với động dây biến từ trở, đo điện trở cặp dây Chú ý vài động nam châm vĩnh cửu có mấu độc lập, xếp thành Trong bộ, hai mấu nối tiếp với nhau, động hai cực điện cao Nếu chúng nối song song, động hai cực dùng điện thấp Nếu chúng nối tiếp với đầu trung tâm, dùng với động đơn cực điên thấp Động nhiều pha: Một phận động không phổ biến loại động nam châm vĩnh cửu mà cuộn quấn nối tiếp thành vòng kín hình 1.4 Thiết kế phổ biến loại sử dụng dây nối pha pha Bộ điều khiển cần ½ cầu H cho đầu động cơ, động cung cấp moment xoắn lớn so với loại động bước khác kích thước Một vài động pha xử lý cấp cao để có bước 0.72 độ (500 bước vòng).Với động pha quay mười bước vòng bước, trình bày đây: Đầu + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + Đầu ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ Đầu + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + Đầu + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Đầu ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ thời gian ‐‐> Ở đây, giống trường hợp động hai cực, đầu nối vào cực dương cực âm hệ thống cấp điện động Chú ý rằng, bước, có đầu thay đổi cực Sự thay đổi làm ngắt điện mấu nối vào đầu (bởi hai đầu mấu có điện cực) áp điện vào mấu trạng thái nghỉ trước Hình dạng động đề nghị hình 1.4, dãy điều khiển điều khiển động quay vòng Để phân biệt động pha với loại động có dây dẫn chính, cần nhớ rằng, điện trở đầu liên tiếp động pha R, điện trở hai đầu không liên tiếp 1.5R Và cần ghi nhận vài động pha có mấu chia, với 10 đầu dây dẫn Những dây nối thành hình hình minh hoạ trên, sử dụng mạch điều khiển gồm nửa cầu H, nói cách khác mấu điều khiển vòng cầu H đầy đủ Để tránh việc tính toán lý thuyết với linh kiện điện tử, dùng chip mạch cầu tích hợp đầy đủ để tính toán gần • Động servo Động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác 6.1 Đặc trưng: + Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ Các động bình thường muốn chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác cần có khoảng thời gian độ Trong số nhu cầu điều khiển đòi hỏi động phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt tốc độ mong muốn thời gian ngắn nhất, đạt vị trí mong muốn nhanh + Tăng khả đáp ứng Đáp ứng cần hiểu tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa gia tốc gần số Tức trình độ vận tốc phải xảy cách tuyến tính Để làm điều cuộn dây động phải có điện cảm nhỏ nhằm loại bỏ khả chống lại biến đổi dòng điện mạch điều khiển yêu cầu + Mở rộng vùng điều khiển Một số yêu cầu điều khiển cần điều khiển động dải tốc độ lớn định mức nhiều Động bình thường cho phép điện áp đặt lên phải điện áp chịu đựng động thông thường không lớn so với điện áp định mức Động servo thuộc loại có thiết kế đặc biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng tăng khả bão hòa mạch từ động Như động servo loại phải tăng cường cách điện + Khả ổn định tốc độ Động servo thường thiết kế cho vận tốc quay ổn định Như ta biết mạch điện hoàn hảo, từ trường hoàn hảo thực tế Chính mà động quay 1000 vòng/phút nghĩa quay 1000 vòng/phút mà dao động quanh giá trị Động servo khác biệt với động thường chỗ ổn định tốc độ cao Nó thiết kế cho gia tăng dòng từ mạch từ lên cao gia tăng cực tính cực từ + Tăng khả chịu đựng động Một số động servo thiết kế cho chịu đựng tín hiệu điều khiển tần cao chịu đựng yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ điều khiển Những động thường cải tiến phần để có tuổi thọ cao chống lại hao mòn ổ bi chổi than 6.2 Cấu tạo Gồm Nam châm vĩnh cửu Lõi sắt phần ứng Bộ encoder Vỏ Cuộn dây phần ứng Nguyên lý hoạt động encoder: đĩa tròn xoay quay quanh trục Trên đĩa có lỗ Người ta dung đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ lỗ, đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ đèn led chiếu xuyên qua Khi phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không Khi trục quay, giả sử đĩa có lỗ nhất, lần mắt thu nhận tín hiệu đèn led, có nghĩa đĩa quay vòng 6.3 Nguyên lý hoạt động - Động servo thiết kế để quay có giới hạn quay liên tục động chiều hay động bước Mặc dù ta chỉnh động quay liên tục công dụng động servo đặt góc quay xác khoảng từ 900 – 1800 Hai thông số động moment xoắn thời gian trục động quay góc Moment xoắn động tổng ngẫu lực mà sinh Các servo có moment xoắn cao nhờ vào hệ thống bánh giảm tốc - Động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển - Khi tốc độ động bị lệch so với tốc độ đặt, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác - Để lấy tín hiệu phản hồi điều khiển xác động theo mong muốn, người ta tích hợp động với encorder điều khiển - Encorder đo vận tốc tức thời động cơ, chuyển thành tín hiệu điều khiển đưa điều khiển - Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ encorder gửi về, phân tích, xử lý tín hiệu tiến hành điều khiển động theo thuật toán cho trước >>> So sánh khác động bước động servo Động bước: Ưu điểm: - Có thể điều khiển xác góc quay - Giá thành thấp - Góc quay tương ứng với số xung tín hiệu điều khiển Vị trí góc quay xác sai số tích lũy góc bước Dễ dàng điều khiển khởi động, dừng đảo chiều quay Không có chổi than nên làm việc tin cậy Có dải rộng độ phân giải góc quay Nhược điểm: - Về dòng từ driver tới cuộn dây động tăng giảm lúc hoạt động Do đó, bị tải động bị trượt bước gây sai lệch điều khiển - Động làm việc không - Không có phản hồi, xảy sai số - Đông bước gây nhiều nhiễu rung động động servo - Động bước không thích hợp cho ứng dụng cần tốc độ cao - Cộng hưởng xảy điều khiển không cách - Tốc độ quay không cao - Kích cỡ hạn chế Động servo: Ưu điểm: - Nếu tải đặt vào động tăng, điều khiển tăng dòng tới cuộn dây động giúp tiếp tục quay Tránh tượng trượt bước động bước - Có thể hoạt động tốc độ cao - moment trục - Mạch điều khiển tốc độ xác - Nhiều kích cỡ - Làm việc êm Nhược điểm: - Đông servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển động bước - Giá thành cao - Khi dừng lại, động servo thường dao động vị trí dừng gây rung lắc Cả hai loại động có ưu khuyết điểm riêng Việc lựa chọn loại động tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Dưới bảng so sánh đặc điểm hai loại động cơ: Động bước Động servo Mạch driver Đơn giản Người dùng Mạch phức tạp Thông thường người sử chế tạo chúng dụng phải mua mạch driver từ nhà sản xuất Nhiễu rung động Đáng kể Rất Tốc độ Chậm (tối đa 1000- Nhanh (tối đa 3000-5000 rpm) 2000 rpm) Hiện tượng trượt bước Có thể xảy (Nếu tải Khó xảy (Động chạy trơn tru lớn) Khó xảy tải đặt vào tăng) Phương pháp điều khiển Vòng hở (không encoder) Vòng kín (có encoder) Giá thành (Động + driver) Rẻ Đắt Độ phân giải pha PM: 7.5° (48 ppr) Phụ thuộc độ phân giải encoder pha HB: 1.8° (200 Thông thường vào khoảng 0.36° ppr) 0.9° (400 ppr) (1000ppr) – 0.036° (10000ppr) pha HB: 0.72° (500 ppr) 0.36° (1000 ppr) [...]... theo hướng trục X, Y, Z so với điểm đầu của cung tròn PHẦN III BỘ VI XỬ LÝ TRUNG TÂM VÀ CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỀU KHIỂN CÁC TRỤC TRONG MÁY CNC 1 1.1 Vi xử lí trung tâm ATMEL AT91SAM7S 64 (lõi ARM) Đặc tính cơ bản: Vi điều khiển AT91SAM7S 64 là 1 trong những vi điều khiển trong họ AT91SAM7S do hang Atmel chế tạo, có kiến trúc thuộc dòng lõi xử lý ARM v4T và có lõi xử lý đặc trưng là ARM7TDMI Họ vi điều khiển AT91SAM7S... Chế độ vào ra: 64 chân vào ra lập trình được + Nguồn cung cấp: 3,3 VDC, bên trong có tích hợp 1 bộ điều chỉnh điện áp ra là 1,8 VDC giúp tối ưu việc cấp nguồn trong vi điều khiển - Khối nguồn cấp cho vi điều khiển: Vi điều khiển AT91SAM7S 64 có 6 chân nguồn, được tích hợp thành bộ điều khiển điện áp cung cấp cho lõi ARM, bộ nhớ Flash, bộ nhân tần, bộ điều khiển vào ra bên trong vi điều khiển và được kết... ĐỘNG MÁY CNC a, Các trục tọa độ và chiều chuyển động Hệ trục tọa độ Hệ trục tọa độ để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy cũng như trong phạm vi chi tiết gia công , cần một hệ trục tọa độ và các điểm gốc chuẩn Hệ tọa độ của máy CNC thể hiện sự làm việc của các trục trên máy, xác địng các trục theo quy tắc bàn tay phải Hệ trục toạ độ - TC DIN 66217 • Trục Z: • Nếu máy có... khoét,hàn điểm, đột dập Điều khiển điểm trong quá trình khoan • • • Điều khiển theo đường Điều khiển đường tạo ra các đường chạy song song.với các trục của máy Trong khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công Yêu cầu chỉ thực hiện trên từng trục một Điều khiển theo đường viền • • • • • Điều khiển này đạt được nhờ thực hiện chạy dao đồng thời trên nhiều trục và giữa các trục này có mối quan... thẳng tuỳ ý trong một mặt phẳng hoặc trong không gian Điều khiển đường viền 2D Cho phép thực hiện chuyển động chạy dao theo hai trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công Trục thứ ba được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia Điều khiển theo đường viền 2.5D Cho phép thực hiện chuyển động chạy dao chỉ theo hai trục nào đó Trục thứ ba là trục tiến dao • • • Thông qua chức năng G trong chương... phẳng kia Điều khiển theo đường viền 3D Cho phép thực hiện chuyển động chạy dao theo ba trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công Các trục này có mối quan hệ ràng buộc hàm số • Điều khiển đường viền 4D, 5D Ngoài các trục tịnh tiến X, Y, Z còn có các trục quay chuyển động trong quá trình gia công theo một quan hệ ràng buộc nào đó tạo ra các bề mặt phức tạp 4D, 5D VI LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHO MÁY CNC a... hướng vào chi tiết Nếu trục Z thẳng đứng và máy chỉ có một thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết • Trên các máy có chi tiết quay tròn Trục X nằm theo phương hướng kính đi từ trục chi tiết đến bàn kẹp dao chính • Các trục phụ: • Các trục phụ điều khiển độc lập khác ta dùng kí hiệu U (// X), V (// Y) và W (// Z) • Các trục song song khác (so... • • • • • • Trên máy tiện Trục Z chạy song song với trục chính của máy với quy ước chiều dương chạy từ chi tiết đến dụng cụ Trục X chạy vuông góc với trục chính với quy ướcchiều dương chạy từ tâm chi tiết đến tâm giá dao Trên máy phay Trục chính mang dụng cụ cắt quay Chuyển động chạy dao làcác chuyển động tịnh tiếntheo các trục X, Y và Z Trục Z chạy song song với trục chính của máy, chiều dương hướng... của máy • Nếu máy có nhiều trục chính công tác, ta sẽ chọn một trong số đó là trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết • Trục X: là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thường ưu tiên theo phương nằm ngang • Trên các máy có dao quay tròn Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục. .. Trục Z: • Nếu máy có một trục chính cố định, không xoay nghiêng được thì trục Z nằm song song với trục chính hoặc chính là đường tâm trục đó • Nếu một trục chính xoay nghiêng được và chỉ cómột vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ độ nào đó, thì chính trục toạ độ đó là trục Z • Nếu một trục chính xoay nghiêng được song song với nhiều trục toạ độ khác nhau thì trục Z là trục vuông góc với bàn ... hình máy công cụ CNC IV ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC a, Cấu trúc điều khiển CNC Bộ điều khiển CNC thiết lập đẻ gairi mã xử lý thông tin hình học công nghệ chương trình NC Với điều khiển NC ta điều khiển. .. nghệ; Xử lý hình học Điều khiển điều chỉnh; Điều khiển trục; Gía trị vị thực b, Nguyên lý hoạt động hệ điều khiển • • • • • • • • Hệ điều khiển NC (điều khiển số) Điều khiển số (Numerical... cứng mạch logic điều khiển Chức điều khiển xác định chủ yếu bởiphần cứng Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control) Điều khiển CNC hệ điều khiển lập trình ghi nhớ Nó bao hàm máy tính cấu thành