Tối ưu hóa giải thuật nội suy, ứng dụng xây dựng phần mềm cho bộ điều khiển máy CNC

Trong thời gian gần đây, đã có rất nhiều nhóm học viên nghiên cứu về đề tài chế tạo mô hình máy CNC phục vụ giảng dạy, học tập, tuy nhiên phần lớn trong số đó đều chưa thiết kế được bộ đ

KHỔNG ĐỨC KIÊN

TỐI ƯU HÓA GIẢI THUẬT NỘI SUY ỨNG DỤNG XÂY DỰNG PHẦN

MỀM CHO BỘ ĐIỀU KIỂN MÁY CNC

Chuyên ngành : Cơ điện tử

MỤC LỤC

 

LỜI CAM ĐOAN 3 

MỞ ĐẦU 5 

CHƯƠNG I 6 

GIẢI THUẬT NỘI SUY VÀ MÁY CNC 6 

1.1.  Tầm quan trọng của đề tài 6 

1.2.  Tổng quan về máy CNC 8 

1.2.1.  Lịch sử hình thành và phát triển của máy CNC 8 

1.2.2.  Phân loại máy CNC 11 

1.2.3.  Kết cấu của máy CNC 13 

CHƯƠNG II 19 

QUY TẮC CHUNG CỦA NỘI SUY 19 

2.1.  Giải thuật nội suy 19 

2.1.1.  Giải thuật nội suy Nearest-neighbor 20 

2.1.2.  Giải thuật nội suy tuyến tính 22 

2.1.3.  Giải thuật nội suy đa thức 23 

2.1.4.  Giải thuật nội suy Spline 24 

2.2.  Nội suy trong máy CNC 25 

2.2.1.  Qui định hệ trục tọa độ 27 

2.2.2.  Chương trình CNC 29 

2.2.3.  Các dạng chuyển động của máy CNC 32 

CHƯƠNG III 34 

ỨNG DỤNG CỦA NỘI SUY TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 3 TRỤC 34 

3.1.  Giải thuật nội suy cung tròn chưa tối ưu 34 

3.1.1.  Thuận chiều kim đồng hồ 34 

3.1.2.  Ngược chiều kim đồng hồ 42 

3.2.  Giải thuật nội suy cung tròn đã được tối ưu 49 

3.2.1.  Cùng chiều kim đồng hồ 50 

3.2.2.  Ngược chiều kim đồng hồ 58 

KẾT LUẬN 65 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 

PHỤ LỤC 67 

CODE LẬP TRÌNH GIẢI THUẬT NỘI SUY CHƯA TỐI ƯU 67 

CODE LẬP TRÌNH GIẢI THUẬT NỘI SUY TỐI ƯU 75 

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn đề tài: “Tối ưu hóa giải thuật nội suy Ứng dụng xây dựng phần mềm cho bộ điều khiển máy CNC” do tôi tự thực hiện dưới sự hướng

dẫn của thầy giáo PGS.TS Trần Đức Trung Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung

thực

Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối sách tôi đảm bảo rằng không sao chép các công trình của người khác Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoan trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên thực hiện

Khổng Đức Kiên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.3: Ứng dụng giải thuật nội suy Nearest-neighbor trong việc gán màu. 19

Hình 2.5: Ứng dụng giải thuật nội suy tuyến tính trong việc gán màu 20

MỞ ĐẦU

Ngày nay, các loại máy CNC cũng như công nghệ CNC đã trở nên rất phổ biến trên thế giới, sự ra đời của máy CNC và các trung tâm gia công CNC hiện đại đã tạo nên cuộc cách mạng trong công nghiệp chế tạo máy và trong tương lai không xa sẽ thay thế toàn bộ những máy công cụ thế hệ trước Ở Việt Nam ta hiện nay máy CNC cũng không còn quá mới mẻ nhưng việc tiếp cận công nghệ này và từng bước tiến tới làm chủ nó vẫn còn là vấn đề thời sự của nền khoa học công nghệ nước nhà

Trong thời gian gần đây, đã có rất nhiều nhóm học viên nghiên cứu về đề tài chế tạo mô hình máy CNC phục vụ giảng dạy, học tập, tuy nhiên phần lớn trong số đó đều chưa thiết kế được bộ điều khiển hoàn chỉnh, mà đa phần sử dụng các bộ điều khiển bán sẵn trên thị trường Sản phẩm thu được đã phần nào đáp ứng được nhu cầu sử dụng, tuy nhiên điều này rất dễ dẫn đến việc chúng ta phụ thuộc vào các hãng cung cấp

bộ điều khiển của nước ngoài, đồng thời gặp khó khăn trong việc phát triển và hoàn thiện máy CNC của người Việt Khó khăn lớn nhất của người kỹ sư khi thiết kế bộ điều khiển đó là làm sao để sai số nhỏ nhất, điều đó đòi hỏi phải có một thuật toán nội

suy tốt Chính vì lý do đó em đã được giao đề tài “Tối ưu hóa giải thuật nội suy Ứng dụng xây dựng phần mềm cho bộ điều khiển máy CNC”

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS Trần Đức Trung, viện Cơ khí – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp đỡ em

hoàn thành bản luận văn này

Do thời gian có hạn và năng lực bản thân còn hạn chế nên kết quả của em chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo

Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2011

Học viên thực hiện

Khổng Đức Kiên

CHƯƠNG I GIẢI THUẬT NỘI SUY VÀ MÁY CNC

1.1 Tầm quan trọng của đề tài

Trong nền kinh tế thị trường khắc nghiệt và đầy biến động, vấn đề chủ động trong kinh doanh cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm là vô cùng quan trọng Một trong những vấn đề tiên quyết để làm được việc này là nhờ sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật; và chính sự phát triển này đã thúc đẩy các ngành công nghiệp sản xuất tự động phát triển theo trong những năm gần đây Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo nói riêng, sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số với sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là máy CNC (Computer Numerical Control), đã đưa ngành

cơ khí chế tạo sang một thời kỳ mới, thời kỳ tự động hóa sản xuất hiện đại Đây là một trong những thành tựu to lớn nhất của tiến bộ khoa học kỹ thuật Phương thức cao của

tự động hoá sản xuất là sản xuất linh hoạt (dây chuyền mềm) Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt thì máy điều khiển số CNC đóng vai trò trung tâm Ngoài ra, việc sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và tăng hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn được chu kỳ sản xuất Chính vì những ưu điểm vượt trội này, nhiều nước trên thế giới đã, đang và sẽ ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển số vào lĩnh vực chế tạo cơ khí

Hiện nay máy CNC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp công nghiệp ở nước ta, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí chính xác cao và tự động hoá Phát huy hiệu quả sử dụng, bảo dưỡng và vận hành máy CNC là vấn đề được quan tâm đặc biệt Muốn phát huy được hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như cải tiến nó cho phù hợp với con người Việt Nam đòi hỏi phải có sự hiểu biết sâu sắc về máy CNC Bởi vậy, việc nghiên cứu chế tạo ra máy tiện CNC là rất cần thiết trong công nghiệp

Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế tạo máy CNC đã được một số tổ chức và cá nhân thực hiện từ lâu, tuy nhiên chỉ dừng lại ở mức độ chế tạo ra phần cứng rồi nhập bộ điều khiển để hoàn thiện máy CNC của mình Tuy rằng sản phẩm đã phần nào đáp ứng được nhu cầu sử dụng trước mắt, tuy nhiên về lâu dài thì khó để có thể có những sự thay đổi, cải tiến để phù hợp với sự phát triển như vũ bão của công nghệ, cũng như yêu cầu ngày càng khắt khe của người sử dụng Và như vậy những nhóm chế tạo này sẽ phải mua bộ điều khiển mới của nước ngoài, giá trị kinh tế của sản phẩm sẽ giảm đi rất nhiều Chính vì những tồn tại như vậy của công việc chế tạo máy CNC nên em đã tiến hành nghiên cứu giải pháp nhằm chế tạo toàn bộ bộ điều khiển cho máy CNC, mà cụ thể trong luận văn này là trong máy CNC 3 trục Để nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển máy CNC trước tiên chúng ta phải có những cái nhìn toàn diện về máy CNC, cỗ máy được mệnh danh là: Nhân tố chính của nền công nghiệp

Trong máy công cụ điều khiển số các chuyển động tạo hình được bố trí cho các

cơ cấu chấp hành Những chuyển động tạo hình đó bao gồm chuyển động quay tạo ra tốc độ cắt gọt và chuyển động tịnh tiến thực hiện cắt hết chiều sâu cắt, được bố trí cho

cơ cấu mang dụng cụ cắt Trong quá trình tạo hình, các cơ cấu chấp hành chuyển động đưa dụng cụ theo các điểm trên quỹ đạo đã xác định Tọa độ các điểm ban đầu và gia

số chuyển động được xác định theo bản vẽ Trong máy CNC, bộ nội suy đóng vai trò thực hiện việc phối hợp cùng lúc nhiều chuyển động trên các trục để đưa dụng cụ di chuyển giữa các điểm đã cho theo quỹ đạo xác định Bộ nội suy có các đặc điểm chính sau:

• Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên dạng cho trước trong một dung sai cho phép định trước

• Các biên dạng cơ bản trong kỹ thuật là những đoạn thẳng và đoạn cong Tương ứng với thực tế, các bộ nội suy của điều khiển số thường chỉ giới hạn trong nội suy tuyến tính và nội suy vòng

• Tốc độ đưa ra tọa đọ vị trí trung gian phải phù hợp với tốc độ chạy dao cho trước

• Đi tới một cách chính xác các điểm kết thúc chương trình đã đưa ra từ trước

Như vậy, bộ nội suy là không thể thiếu được trong các máy công cụ điều khiển

số và cũng có thể nói bộ nội suy là thiết bị đặc trưng của máy công cụ CNC Do đó, việc nghiên cứu thành công bộ nội suy sẽ mang lại hiệu quả kinh tế to lớn trong việc chế tạo và sản xuất máy CNC tại Việt Nam Đây cũng là một trong những vấn đề cấp

thiết của nền kinh tế thị trường cạnh tranh khốc liệt Với việc nghiên cứu đề tài “Tối

ưu hóa giải thuật nội suy Ứng dụng xây dựng phần mềm cho bộ điều khiển máy CNC” , tác giả sẽ đưa ra giải pháp để giải quyết được các vấn đề cấp bách nêu trên

1.2 Tổng quan về máy CNC

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của máy CNC

Thuật ngữ CNC là một thuật ngữ mà hầu như bất kì ai học tập, đào tạo, nghiên cứu trên lĩnh vực Tự động hóa đều biết: Đó là loại thiết bị điều khiển sử dụng trong các máy gia công, chế biến, cho phép thực hiện các quy trình gia công, chế biến trên cơ sở các thông số về kích thước, hình dáng của sản phẩm, chuyển sang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian 3 chiều

Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công kim loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột dập và nhiều công cụ công nghiệp khác Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử

dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công kim loại

Ba lợi ích của máy CNC:

- Tự động hóa sản xuất: Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong nhiều ngành khác như may mặc, giày dép, điện tử v.v Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậm chí không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác Thứ nữa, ít xảy ra hỏng hóc do lỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác, người vận hành không đòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển máy công cụ truyền thống

- Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm: Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được Một khi chương trình gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo cho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn

- Linh hoạt: Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương trình gia công mới Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, công nghệ CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay đổi

nhanh chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng

Lịch sử ra đời của máy CNC:

Mặc dù máy tiện chế biến gỗ đã được sử dụng từ thời Kinh Thánh, nhưng chiếc máy tiện gia công kim loại thực tế đầu tiên mới được Henry Maudslay phát minh vào năm 1800 Nó chỉ đơn giản là một công cụ máy giữ mẩu kim loại đang được gia công (hay phôi) trong một bàn kẹp hay trục quay và quay mẩu kim loại này, vì vậy một công

cụ cắt có thể gia công bề mặt theo đường mức mong muốn Công cụ cắt này được nhân viên vận hành vận dụng qua việc sử dụng cái quay tay hay vô lăng Độ chính xác về

kích cỡ được nhân viên vận hành điều khiển bằng cách quan sát đĩa chia độ trên vô lăng và di chuyển công cụ cắt theo số lượng hợp lý Mỗi chi tiết được sản xuất ra đòi hỏi vận hành viên lặp lại những cử động trong cùng trình tự và với cùng kích thước

Chiếc máy phay đầu tiên được vận hành theo cách thức tương tự như vậy, ngoại trừ công cụ cắt được đặt ở trục chính đang quay Phôi được lắp trên bệ máy hay bàn làm việc và di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đường mức của phôi Chiếc máy phay này do Eli Whitney phát minh năm 1818

Những chuyển động được sử dụng trong các công cụ máy được gọi là trục và đề cập đến 3 trục: “X” (thường từ trái qua phải), “Y” (trước ra sau) và “Z” (trên và dưới) Bàn làm việc cũng có thể được quay theo mặt ngang hay dọc, tạo ra trục chuyển động thứ tư Một số máy còn có trục thứ năm, cho phép trục quay theo một góc

Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T Parsons cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 Sau Thế chiến II, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp Parsons sớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ông

đã có thể tạo ra những thanh dẫn đường mức chính xác hơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằng tay và sơ đồ Ông đã xin phép International Business Machine sử dụng một trong những chiếc máy tính văn phòng trung ương của họ để thực hiện một loạt các phép toán cho một cánh máy bay trực thăng mới Cuối cùng, ông đã dàn xếp với Thomas J Watson, chủ tịch huyền thoại của IBM, nhờ đó IBM sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra một chiếc máy được điều khiển bởi các thẻ đục lỗ Nhanh chóng, Parsons cũng ký được hợp đồng với Air Force để sản xuất một chiếc máy được điều khiển bằng thẻ hay băng từ có khả năng cắt các hình dạng đường mức giống như những hình trong cánh quạt và cánh máy bay Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ sư ở Phòng thí nghiệm cơ cấu phụ thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ

dự án Các nhà nghiên cứu MIT đã thí nghiệm nhiều kiểu quá trình khác nhau và cũng

nhận thấy đây là một cơ hội tốt để mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển và cơ cấu phản hồi Việc phát triển thành công các công cụ máy CNC đã được các nhà nghiên cứu của trường đại học đảm trách với mục tiêu đáp ứng nhu cầu của các nhà bảo trợ quân đội

Đến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tự động giảm đến một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác Những chiếc máy này sử dụng các động cơ truyền động điện một chiều để vận dụng vô lăng và vận hành dao cụ Các động cơ này nhận chỉ dẫn điện từ một đầu đọc băng từ – đọc một băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng lỗ Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra những xung điện cần thiết để quay động cơ với thời gian

và tốc độ chính xác, trong thực tế nó điều khiển máy giống như nhân viên vận hành Các xung điện được quản lý bởi một máy tính đơn giản không có bộ nhớ Chúng thường được gọi là NC hay máy điều khiển số Một nhà lập trình sản xuất băng từ trên một máy giống như máy đánh chữ, hay chính xác hơn là những “băng giấy” được sử dụng ở những máy tính thời kì đầu, sử dụng như một “chương trình” Kích cỡ của chương trình được xác định bởi độ dài của băng cần phải đọc để sản xuất ra một chi tiết cụ thể

Với những tiến bộ trong điện tử tích hợp, băng từ đã bị loại bỏ và nếu có thì chỉ được sử dụng để tải (load) các chương trình vào bộ nhớ từ Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình Để đặt thông tin này vào bộ nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh

mà máy có thể hiểu được

1.2.2 Phân loại máy CNC

Ngày nay có rất nhiều nhà sản xuất máy CNC trên thế giới, riêng Đài Loan đã

có hơn 200 nhà sản xuất với rất nhiều chủng loại máy: Tiện CNC, Phay CNC, Trung tâm gia công tiện, Trung tâm gia công phay trục đứng, trục ngang, tổ hợp nhiều trục,

các chủng loại máy cắt dây, máy xung điện, máy uốn ống, máy hàn Như vậy có thể nói rằng ngành cơ khí có các loại máy vạn năng nào thì sẽ có máy CNC tương ứng

- Nếu phân theo ý nghĩa mã lệnh G code, Mcode thì máy CNC phân ra làm hai

hệ chính là: Hệ FANUC và hệ FAGOR Hai hệ này khác nhau vài mã lệnh ví dụ: trong

hệ Fanuc mã lệnh định nghĩa đơn vị mm là G21, còn Fagor là G71 Hiện nay có thêm nhiều hệ khác đặc thù của mỗi hãng SX như Mazatrol của hãng Mazak Hệ máy này có ghi trên máy có thể dễ dàng nhận ra

- Còn nếu phân theo chức năng gia công thì có: phay, tiện, mài, cắt dây (WIRE cut), bắn tia lửa điện (EDM),

- Còn nhà cung cấp máy CNC thì nhiều vô kể nhưng có thể kể đến một số hang nổi tiếng như FANUC, MITSHUBISHI, SIEMENS…

Trong các máy CNC hiện nay thì phổ biến nhất là các máy phay, tiện CNC, các máy có thể là ba trục, bốn trục, năm trục, hoặc nhiều hơn nữa là 6 trục, 7 trục…

Hình 1.1:Máy phay 3 trục rất phổ biến do đơn giản và giá thành thấp

Hình 1.2:Máy tiện CNC

1.2.3 Kết cấu của máy CNC

Về cấu trúc động học thì máy CNC cũng giống như robot là hệ gồm nhiều khâu ghép với nhau bằng các khớp

Khâu là những bộ phận có chuyển động tương đối với nhau Khâu có thể là một hay nhiều chi tiết ghép cứng với nhau Chi tiết máy là bộ phận không thể tháo rời nữa của máy

Khớp là chỗ nối động giữa hai khâu, tức là có chuyển động tương đối với nhau Như vậy cứ hai khâu nối với nhau tạo thành một khớp động và chỗ tiếp xúc giữa hai khâu tạo thành khớp động gọi là hai thành phần khớp động Khớp có các ràng buộc vật

lý về chuyển động tương đối giữa hai thành phần của khớp

Khớp phổ biến nhất hay gặp trong các máy CNC là khớp tịnh tiến và khớp quay

Khớp tịnh tiến cho phép hai thành phần của khớp chuyển động thẳng tương đối với nhau theo một trục được định trước Khớp tịnh tiến hạn chế 5 khả năng chuyển động tương đối giữa hai thành phần của khớp Dẫn động cho khớp tịnh tiến thường là

là vít me đai ốc, thủy lực, khí nén, ngoài ra ngày nay người ta còn dùng lực từ trường, động cơ tịnh tiến,…

Khớp quay cho phép hai thành phần của khớp chuyển động quay tương đối với nhau theo một trục được xác định bằng dạng hình học của khớp Khớp quay hạn chế 5 khả năng chuyển động tương đối giữa hai thành phần của khớp Dẫn động cho khớp quay là các động cơ điện (DC, AC)

Ngoài ra còn có khớp lăng trụ, khớp trụ, khớp ren, khớp cầu, khớp phẳng, khớp bánh răng

Chúng ta đã rất quen thuộc với các loại máy phay, máy tiện hay máy khoan điều khiển CNC Hãy bắt đầu từ máy khoan: Loại máy này đều mang 2 đặc điểm kết cấu chung (hình 1.3), chúng có:

- Một trục quay chính với đầu kẹp mũi khoan theo phương thẳng đứng và có khả năng chuyển động tịnh tiến (theo trục Z có phương thẳng đứng)

- Một bàn máy mang bộ đồ gá lắp phôi với khả năng chuyển động tịnh tiến theo 2 chiều X, Y nằm dưới trục chính

Hình 1.3: Mô hình máy khoan CNC loại 2 và 3 trục

Kết cấu đó có lợi thế là lực đẩy mũi khoan luôn hướng xuống vuông góc với bàn máy, ép phôi xuống mặt bàn và do đó không gây nên các lực bất lợi có thể đẩy phôi, đồ gá và hệ truyền động trục XY trượt trên mặt bàn Việc điều khiển NC các mũi khoan theo hệ tọa độ mặt bàn máy có thể được thực hiện rất đơn giản Để có thể tự động hóa hoàn toàn quá trình khoan, kết cấu máy ở hình 1.4 sẽ được mở rộng thêm (hình 1.4) một cơ chế tự động thay mũi khoan nhờ một kho dụng cụ dạng mâm tròn (hình trái) hoặc chuỗi dây xích (hình phải), thậm chí có thể có khả năng thay đổi bàn máy, tức là khả năng thay phôi gia công (hình phải)

Hình 1.4: Hai dạng máy khoan đứng với khả năng tự động thay mũi khoan

Dạng thiết bị gia công có kết cấu phức tạp hơn là máy phay, được phân thành 2 nhóm chính là loại có trục chính theo phương nằm ngang (hình 1.5) hay phương thẳng

đứng (hình 1.6), điều khiển theo quỹ đạo Trên hình đó ta có thể dễ dàng nhận biết cách định nghĩa các trục: 3 trục tịnh tiến XYZ và 2 trục quay AB (hình 1.5), hoặc BC (hình 1.6)

Hình 1.5: Máy phay 5 trục có trục chính nằm ngang

Hình 1.6: Máy phay 5 trục có trục chính thẳng đứng

Một máy phay có 5 trục điều khiển CNC (hình 1.7) có thể đưa mũi của dụng cụ gia công tới một điểm bất kì và chuyển động trên bề mặt phôi, đồng thời duy trì một góc nghiêng định trước so với bề mặt Có thể thực hiện linh hoạt chuyển động tương đối đó giữa dụng cụ và phôi theo một trong 3 cách:

- Giữ cố định trục của dụng cụ, thực hiện bàn gá phôi theo 2 trục

- Thực hiện xoay trục của dụng cụ và một trục của bàn gá phôi

- Giữ cố định phôi và xoay 2 trục của dụng cụ

Với các máy phay CNC như vậy ta có thể gia công các chi tiết rất phức tạp Ngoài ra, máy phay CNC còn có thể có nhiều trục chính kết cấu song song với nhau (hình 1.7, phải)

Hình 1.7: Máy phay 5 trục loại thay dao thủ công (trái) và loại có 4 trục chính song

song (phải)

Hình 1.8: Trung tâm gia công 4 trục cho phép tiếp cận cắt gọt phôi từ 5 phía

Đối với máy công cụ kích cỡ trung bình, ngày nay các nhà sản xuất có xu hướng thực hiện máy phay tích hợp trong một trung tâm gia công (hình 1.8) Đó là một thiết

bị điều khiển CNC với ít nhất 3 trục, có khả năng thực hiện cả 2 công đoạn khoan và phay, cho phép dao tiếp cận cắt gọt phôi dạng lập thể từ ít nhất 4 phía mà không cần bất kì sự can thiệp thủ công nào Một cơ chế thay dụng cụ tự động có nhiệm vụ lấy dụng cụ từ khay dụng cụ đưa tới lắp vào trục chính, hoặc tháo từ trục chính đưa ngược trở lại khay Trình tự tháo lắp đó đều được lập trình sẵn

Trung tâm gia công là loại máy CNC điển hình, và chỉ ra đời sau khi xuất hiện CNC Có thể thực hiện mọi nguyên công cắt gọt kim loại như phay thẳng, khoan, tiện,

vê bóng bề mặt, khoan cắt ren trong Nếu được trang bị đủ còn thêm cả phay theo quỹ đạo, khoan nghiêng, cẳt ren ngoài Mỗi dụng cụ đều phải có khả năng lập trình tốc độ quay và chuyển động tịnh tiến

Như vậy chúng ta đã có những cái nhìn tổng quan về máy CNC và tầm quan trọng của máy CNC trong nền công nghiệp Trong chương sau em sẽ giới thiệu về giải thuật nội suy và các ứng dụng trong bộ điều khiển máy CNC

CHƯƠNG II QUY TẮC CHUNG CỦA NỘI SUY

2.1 Giải thuật nội suy

Trong lĩnh vực toán học, nội suy được biết đến như là một phương pháp xây dựng các điểm dữ liệu mới trong phạm vi của một tập rời rạc các điểm dữ liệu cho trước

Trong khoa học và kỹ thuật, người ta thường hay có một số các điểm dữ liệu thu được bằng cách lấy các mẫu thử nghiệm, các điểm dữ liệu này thường đại diện cho một

số các giá trị độc lập Một yêu cầu được đặt ra là làm sao ước tính được các giá trị trung gian giữa các giá trị rời rạc đó Điều này có thể được thực hiện bằng cách xây dựng một đường cong đi qua tất cả các điểm rời rạc đó Giả sử chúng ta đã biết một công thức thay thế cho tập hợp điểm rời rạc đã cho, nhưng vì nó quá phức tạp để có thể đánh giá hiệu quả của nó, do đó chúng ta sẽ tạo ra một bảng tra cứu dữ liệu và cố gắng suy ra những dữ liệu mới bằng các thuật toán khác nhau Đây chính là công việc nội suy trong khoa học kỹ thuật, có rất nhiều phương pháp nội suy khác nhau, tùy vào lĩnh vực và các vấn đề cụ thể cần giải quyết mà chúng ta có thể sử dụng những giải thuật nội suy khác nhau

Ví dụ chúng ta có một bảng như bên dưới, trong đó cung cấp các giá trị của một hàm f chưa biết:

Hàm số trên được mô tả như trong biểu đồ sau:

Hình 2.1: Biểu diễn các điểm rời rạc của hàm số f(x)

Nội suy sẽ cung cấp cho chúng ta một phương tiện để đánh giá giá trị của hàm tại các điểm trung gian, chẳng hạn như tại x=2,5

Có rất nhiều phương pháp nội suy khác nhau, mỗi phương pháp dựa trên một tiêu chí khác nhau như: Độ chính xác của phương pháp, chi phí để xây dựng phương pháp, độ mịn trong giải pháp có cao hay không, làm thế nào để tạo ra nhiều điểm dữ liệu cần thiết nhất…

2.1.1 Giải thuật nội suy Nearest-neighbor

Phương pháp nội suy đơn giản nhất là xác định các dữ liệu gần nhất và gán chúng cho cùng giá trị đó, phương pháp này rất đơn giản nhưng lại có sai số lớn vì vậy trong thực tế rất ít được sử dụng

Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn giải thuật nội suy Nearest-neighbor của hàm số f(x)

Giải thuật nội suy này thường được dùng cho việc lựa chọn các giá trị màu cho một bề mặt nào đó

Hình 2.3: Ứng dụng giải thuật nội suy Nearest-neighbor trong việc gán màu

Như trong hình minh họa phía trên, mỗi ô màu thể hiện rằng các giá trị trong vùng đó là bằng nhau và bằng giá trị tại điểm đen trong mỗi ô màu đó

2.1.2 Giải thuật nội suy tuyến tính

Một trong những phương pháp nội suy đơn giản hay được sử dụng nhất là nội suy tuyến tính, chẳng hạn ta tính f(2,5) với ví dụ trên, ta biết rằng 2,5 là giá trị trung bình của 2 và 3 theo phương pháp nội suy tuyến tính thì f(2,5) cũng là giá trị trung bình của f(2) và f(3)

Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn giải thuật nội suy tuyến tính của hàm số f(x)

Giá trị của hàm số f sẽ được tính như sau:

Trong đó (xa,ya) và (xb,yb) là 2 điểm liền kề nhau trong tập hợp điểm ban đầu

1990 và 2000, nhưng chúng ta lại muốn ước lượng dân số của năm 1994 Phương pháp nội suy tuyến tính sẽ giải quyết được công việc đó một cách dễ dàng

Nội suy tuyến tính được sử dụng từ thời cổ đại bởi các nhà thiên văn học Babylon và các nhà toán học ở khu vực Lưỡng Hà (thế kỷ thứ 3 trước công nguyên) và bởi các nhà thiên học cũng như toán học của Hy Lap Các nhà khoa học này thường dùng nội suy tuyến tính để lấp đầy các khoảng trống trong các bảng, thông thường là với các dữ liệu về thiên văn

Hình 2.5: Ứng dụng giải thuật nội suy tuyến tính trong việc gán màu

Như trong hình trên, các giá trị của z là 0,1,1 và 0.5 được đặt tại 4 đỉnh hình vuông Các giá trị ở giữa là các giá trị được nội suy bằng phương pháp nội suy tuyến tính

2.1.3 Giải thuật nội suy đa thức

Nội suy đa thức là sự khái quát của nội suy tuyến tính, ở nội suy tuyến tính chúng ta sử dụng các đường thẳng tức là đa thức bậc 1 để tính toán các giá trị nội suy, trong nội suy đa thức chúng ta tổng quát lên bằng cách sử dụng các đa thức bậc cao hơn để thực hiện tính toán các giá trị nội suy Ví dụ một đa thức bậc sáu sẽ được sử dụng để đại diện cho công thức tính toán của 7 điểm cho trước:

Đa thức được biểu diễn trên đồ thị như sau:

Hình 2.6: Đồ thị biểu diễn giải thuật nội suy đa thức của hàm số f(x)

Tại giá trị x=2,5 ta tính được f(2,5) = 0,5965

Nhìn chung nếu chúng ta có n điểm dữ liệu, chúng ta sẽ sử dụng một đa thức có bậc ít nhất là (n-1) để đi qua tất cả các điểm dữ liệu đó Nội suy bằng đa thức tốt hơn rất nhiều so với nội suy tuyến tính, tuy nhiên nội suy bằng đa thức phức tạp hơn so với nội suy tuyến tính

2.1.4 Giải thuật nội suy Spline

Nội suy Spline: nếu như nội suy tuyến tính sử dụng một hàm tuyến tính cho mỗi khoảng [xk,xk+1] thì nội suy Spline sử dụng đa thức cho mỗi khoảng đó Và đồng thời lựa chọn ra những loại đa thức thông suốt với nhau

Chẳng hạn như sau:

Ta tính được giá trị f(2,5) trog trường hợ này: f(2,5) = 0,5972

Hình 2.7: Đồ thị biểu diễn giải thuật nội suy Spline của hàm số f(x)

2.2 Nội suy trong máy CNC

Khi vận hành máy CNC, giả sử bạn muốn thực hiện lệnh chạy dao chỉ theo một

trục, ví dụ theo trục X từ điểm gốc sang phải 10mm Lệnh cần dùng là X10 (giả thiết

đang làm việc với hệ tọa độ tuyệt đối) Với lệnh này đầu dao sẽ chuyển động chính xác theo đường thẳng vì chỉ có một trục chuyển động)

Bây giờ bạn muốn đưa vào cả chuyển động theo chiều Y một khoảng 10mm, đồng thời với chuyển động theo trục X nói ở trên Để điều khiển dao chạy đúng theo đường thẳng tới điểm lập trình, ta phải đồng bộ được hai chuyển động theo trục X và

Y Đây là ví dụ nội suy đơn giản nhất: nội suy đường thẳng (tuyến tính)

Trong lệnh nội suy tuyến tính, đường thẳng thực tế bao gồm nhất nhiều zigzag rất nhỏ theo hai trục X, Y gộp lại… Với độ phân giải và độ chính xác của các máy CNC ngày nay, kết quả nhận được giống như máy đã thực hiện chuyển động theo đường thẳng tuyệt đối Tuy vậy, hình 1.13 cho thấy quỹ đạo thực mà bộ điều khiển CNC làm khi nội suy tuyến tính

Hình 2.8 Chuyển động thực sinh ra trong nội suy tuyến tính

Nếu nhìn kỹ trên hình 2.6, bạn sẽ thấy một loạt các dịch chuyển rất nhỏ theo mỗi trục (zigzag) Kích thước bước chính là độ phân giải của máy, thông thường là 0.001mm hay 0.0001 inch

Theo cách tương tự, nhiều ứng dụng của máy CNC cần thực hiện các chuyển động tròn, như vê (bo) tròn đầu của trục khi tiện hay phay cung tròn trên trung tâm gia công Phép nội suy ở đây sẽ là nội suy cung tròn Giống như với nội suy tuyến tính, bộ điều khiển sẽ sinh ra quỹ đạo gồm rất nhiều đoạn thẳng gấp khúc bám sát nhất với cung tròn lý thuyết Hình 1.14 cho chúng ta thấy ví dụ của nội suy cung tròn

Hinh 2.9 Ví dụ nội suy cung tròn

Một số ứng dụng khác còn đòi hỏi phép nội suy thứ ba Chẳng hạn, rất nhiều trường hợp các trung tâm gia công cần phay ren Khi đó máy phải thực hiện chuyển động tròn theo hai trục, thông thường là X, Y và đồng thời với chúng là chuyển động thẳng theo trục thứ ba (thông thường là Z) Tổ hợp của chuyển động theo cả 3 trục như

vậy tạo rãnh xoắn của ren Chúng ta hình dung giống như đường xoắn trôn ốc, nhưng đường kính xoắn không thay đổi để đáp ứng nhu cầu này, các nhà cung cấp bộ điều

khiển CNC đưa ra tính năng nội suy xoắn (helical interpolation)

Một dạng nội suy nữa cần cho trung tâm tiện có dao “sống”, tức là dao có thể quay được (giống như phay) trên ụ dao và có trục C quay phôi kẹp trong chấu Nội suy trong tọa độ cực có thể được dùng để phay các hình bao quanh chu vi của phôi Nội suy tọa độ cực cho phép người lập trình “trải phẳng” (khai triển) trục quay, xử lý chúng giống như trục thẳng để tiến hành các lệnh chuyển động

Để nghiên cứu kỹ hơn về các loại nội suy, trước tiên chúng ta cần làm rõ các khái niệm cơ bản về hệ trục tọa độ

2.2.1 Qui định hệ trục tọa độ

Vì chuyển động trên máy tiện có ít bậc tự do hơn trên máy phay nên các giới thiệu về CNC thường tập trung vào máy phay CNC như là trường hợp tổng quát Có hai dạng chuyển động khi vận hành máy CNC: chuyển động chạy bàn (thông thường là các hướng X và Y) và chuyển động chạy dao (thường là hướng Z cho máy phay đứng, hướng Y cho máy phay ngang) Với các máy CNC có hơn 3 trục điều khiển, sẽ có thêm các chuyển động xoay quanh các hướng chính nêu ở trên Phân chia chuyển động chạy bàn và chạy dao khác nhau tùy theo kết cấu và chức năng của máy công cụ Để có thể trình bày đơn giản và ngắn gọn, chúng ta quy ước gọi chung điều khiển chuyển động khi gia công chi tiết là điều khiển chạy dao

Chúng ta đã được học về hệ tọa độ trong trường phổ thông và những kiến thức

đó đủ cho chúng ta tiếp tục hành trình tìm hiểu công nghệ CNC Điểm khác so với đồ thị của điểm và đường trong tọa độ toán học là với máy CNC, các giá trị tọa độ thực tế không liên tục mà thay đổi theo bước (increment), hay còn gọi là độ phân giải Ví dụ với hệ đo mét, bước dịch chuyển tối thiểu thường là 1/1000mm, tức 0.001mm, còn

trong hệ đo inch, bước dịch chuyển tối thiểu là 0.0001in Với chuyển động quay, bước dịch chuyển của góc quay cho cả hai hệ đo thường được lấy là 0.001°

Giống như hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong hệ tọa độ của máy CNC đều có

điểm gốc Ứng với các bài toán kỹ thuật, chúng được gọi là điểm gốc (hay chuẩn, hay

điểm 0) của chương trình, của phôi hay của chi tiết Thuật ngữ tiếng Anh tương ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero

Qui định hệ trục tọa độ

Các khái niệm trục toạ độ, chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được quy định trên phạm vi quốc tế dựa trên cơ sở quy tắc ba ngón tay của bàn tay phải Định nghĩa chiều của ba chuyển động cơ bản với nhau là X, Y, Z như sau: ngón tay cái là trục X, ngón tay trỏ là trục Y và ngón tay giữa là trục Z còn đầu của các ngón tay này chỉ chiều dương của trục

Để định nghĩa các trục của một máy CNC theo quy tắc bàn tay phải, người ta quy định là đút ngón tay giữa vào lỗ lắp dụng cụ cắt của trục máy, đó chính là trục Z và ngón tay giữa chỉ rõ chiều dương là chiều từ phôi đi ngược về phía trục máy Sau đó xoay bàn tay phải sao cho ngón cái theo chiều chuyển động của trục dài nhất, đó chính

là trục X, trục X thường nằm ngang Từ đó mà trục Y được tự động xác định, ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y

Tất cả các trục khác còn lại dựa theo ba trục cơ bản X, Y, Z là :

- A, B và C là các trục quay tròn so với trục X, Y và Z, nghĩa là A quay quanh X,

B quay quanh Y và C quay quanh Z Chiều quay của các trục A, B và C là chiều dương nếu nhìn từ gốc hệ trục về chiều dương của các trục X, Y, Z mà có chiều quay phải, quy tắc này là quy tắc mở nút chai (khi xoáy vào thì chiều của trục mũi vặn nút chai và chiều quay của nó là chiều dương)

- U, V và W là các trục song song với ba trục chính X, Y, Z

- P, Q và R là các trục không bắt buộc song song với ba trục chính X, Y, Z Trục

Z chủ yếu dùng ở các chu trình khoan ở dạng địa chỉ ứng với mặt phẳng gốc của phôi gia công, nghĩa là khi trục Z được chuyển từ chế độ chạy nhanh không cắt sang chế độ tiến dao để cắt

Khi xác định chiều dương của trục, phải theo giả định là dụng cụ luôn luôn chuyển động và phôi gia công luôn luôn đứng yên

Chiều dương của các trục trong trường hợp này được xác nhận như chiều dương của các chuyển động +X, +Y, +Z, +A, +B, +C

Chú giải cho các ký hiệu trong câu lệnh CNC:

O0001 (Đánh số chương trình)

N005 G54 G90 S400 M03 (chọn hệ tọa độ, chế độ tuyệt đối, quay trục dao

ngược chiều kim đồng ở tốc độ 400 RPM)

N10 G00 X1 Y1 (Chạy nhanh tới vị trí XY của lỗ đầu tiên)

N015 G43 H01 Z.1 M08 (Xác định bù chiều cao dao, chạy nhanh tới mặt thoát

dao để chuẩn bị khoan, bật dung dịch làm mát)

N020 G01 Z-1.25 F3.5 (Bắt đầu khoan lỗ đầu tiên, tốc độ ăn dao 3.5 inch/phút)

N025 G00 Z.1 (Thoát dao nhanh khỏi lỗ)

N030 X2 (Chạy dao nhanh tới lỗ thứ 2)

N035 G01 Z-1.25 (Ăn dao lỗ thứ 2)

N040 G00 Z.1 M09 (Thoát dao nhanh khỏi lỗ thứ 2, tắt dung dịch)

N045 G91 G28 Z0 (Quay lại vị trí tham chiếu của hướng Z)

N050 M30 (Kết thúc chương trình)

Như đã được giới thiệu, mỗi từ trong lệnh CNC có địa chỉ chữ và giá trị số Trên nguyên tắc các nhà sản xuất bộ điều khiển CNC khác nhau có những quy ước khác nhau cho bộ điều khiển của mình Tuy vậy có những ký hiệu chính được dùng giống nhau và đã trở thành tiêu chuẩn như ở dưới đây:

O – Đánh số chương trình (Để đặt tên chương trình)

M - Các chức năng hỗ trợ

Nếu biết một số thuật ngữ tiếng Anh cơ khí hoặc gia công cắt gọt, bạn dễ dàng phát hiện các ký hiệu thường là chữ cái đầu của từ tương ứng: T (tool), S (spindle), F (feed rate) v.v

Có hai địa chỉ chữ rất quan trọng là G và M Chúng cho phép thiết lập các chức năng đặc biệt khi gia công Chức năng chuẩn bị (G) thiết lập các chế độ Ví dụ: G90 thiết lập chế độ tuyệt đối, còn G91 thiết lập chế độ gia tăng

Giống như chức năng chuẩn bị, các lệnh M thiết lập một loạt các chức năng đặc biệt khác Thông thường chúng bật/tắt chế độ nào đó, ví dụ bật/tắt dung dịch, chạy/dừng trục dao v.v…

Ban đầu, việc đọc hay chuẩn bị một chương trình CNC dường như đòi hỏi phải ghi nhớ rất nhiều thứ Thực tế, chỉ có khoảng 30-40 từ được dùng trong các chương trình CNC Điều này cũng giống như bạn học một ngoại ngữ mới mà cả tổng cộng chỉ

có 40 từ

Chú ý: Một số địa chỉ trong lập trình CNC làm việc với các giá trị số thực, tức là

có dấu thập phân như gán tọa độ của các trục X, Y, Z, gán bán kính của cung R tuy nhiên một số địa chỉ khác lại chỉ làm việc với số nguyên như S (tốc độ quay của trục),

T (dao số mấy), N (số thứ tự của dòng lệnh), G (các lệnh chuẩn bị) và M (các lệnh phụ

trợ) Bạn cần lưu ý điểm khác biệt này khi viết hay kiểm tra chương trình

Khi lập trình gia công bạn cũng cần biết những chức năng nào của máy CNC lập trình được và lệnh nào thực hiện nó Ở những máy CNC rẻ tiền, có nhiều chức năng phải kích hoạt bằng tay qua bộ điều khiển Còn với các máy CNC cao cấp hầu như toàn bộ các chức năng của máy có thể thực hiện qua chương trình gia công Người vận hành máy chỉ việc gá phôi và cuối cùng là lấy chi tiết đã gia công xong ra khỏi

máy Một khi chương trình gia công đã chạy, người vận hành có thể chuyển sang làm việc khác

Như chúng ta đã tìm hiểu ở trên, bạn cần đối chiếu tài liệu đi theo máy để chắc chắn các lệnh điều khiển máy giống hay có dị biệt với các lệnh bạn đã biết Dưới đây chúng ta sẽ biết thêm một số chức năng và lệnh thường gặp nhất

Điều khiển trục chính: Ký hiệu “ S ” được dùng để xác định vòng quay của trục

chính với đơn vị là vòng/phút (RPM – Recycle Per Minitute ) Lệnh M03 điều khiển

trục quay cùng chiều kim đồng hồ, còn M04 – quay ngược chiều kim đồng hồ, M05

dừng quay Với máy tiện, nhiều khi cần sử dụng chức năng điều chỉnh vòng quay sao cho vận tốc dài không đổi Khi đó tốc độ trục chính được đo bằng m/phút (MPM) hoặc

fit mặt/phút ( surface feet per minute – SFPM)

Thay dao tự động (Trung tâm gia công): Ký hiệu T kèm theo số chỉ cho máy

biết dao ở hộc số mấy được dùng Hầu hết các máy sử dụng lệnh M06 để thực hiện

lệnh thay dao

Thay dao tự động (Trung tâm tiện): Ký hiệu T kèm theo 4 chữ số để xác định

dao tiện, hai chữ số đầu xác định trạm dao và hai số cuối xác định hộc dao trên trạm

đó Ví dụ dao T0101 chỉ dao số 1 ở trạm số 1

Điều khiển tưới dung dịch: Lệnh M07 phun dung dịch dạng sương, M08 tưới

tràn; còn M09 ngừng phun

Thay bàn tự động: Lệnh M60 thường dùng cho việc thay bàn máy tự động

2.2.3 Các dạng chuyển động của máy CNC

Chúng ta cần lưu ý hai điểm chung cho các lệnh chuyển động Thứ nhất, chúng làm việc theo chế độ lưu, có nghĩa lệnh chỉ cần viết 1 lần và sẽ có hiệu lực cho tất cả các dữ liệu tọa độ tiếp theo, cho tới khi nó bị thay (một lệnh khác xuất hiện) Thứ hai,

chỉ cần đưa vào lệnh tọa độ điểm cuối, còn tọa độ điểm đầu chính là vị trí hiện thời của máy (tức là điểm cuối của lệnh trước nó)

- Chạy nhanh (hay còn gọi là định vị)

Hầu như tất cả các máy CNC đều dùng lệnh G00 (hoặc G0) để thực hiện chạy

nhanh Trong lệnh phải có tọa độ đích của chuyển động

Với lệnh này chuyển động tuyến tính của bàn (hoặc đầu dao) sẽ đạt giá trị tối đa

có thể có của máy Chúng được dùng để giảm thiểu thời gian chạy không tải (không cắt) trong quá trình gia công Các ví dụ của chuyển động nhanh như định vị dao vào và

ra khỏi vị trí cắt, chạy tránh đồ kẹp và các chướng ngại khác hay nói chung, các chuyển động không tải trong chương trình

Các máy CNC hiện đại có thể đạt tốc độ chạy nhanh rất cao, ví dụ có máy tới 250m/ph Vì vậy khi vận hành máy cần hết sức cẩn trọng và kiểm tra kỹ lưỡng các lệnh nhanh Nếu không sự cố cũng chẳng khác gì bạn lái xe đâm vào xe khác vậy Rất may

là các bộ điều khiển CNC đều có chức năng giành kiểm soát lệnh này (làm chậm lại) giúp chúng ta kiểm tra chương trình dễ dàng hơn

- Chuyển động thẳng:

Lệnh G01 (hoặc G1) được dùng để xác định tốc độ cắt (ăn dao hay chạy bàn)

theo đường thẳng (feed rate) Trên trung tâm gia công, tốc độ cắt (lưu ý phân biệt với vận tốc cắt là vận tốc dài của mũi dao so với phôi) được đo bằng mm/phút (mm/min) hoặc inch/phút (in/min, IPM) Với trung tâm tiện, tốc độ cắt còn được đo bằng mm/vòng hay inch/vòng (mm/rev, in/rev)

- Chuyển động tròn :

Hai lệnh G được dùng cho chuyển động tròn G02 chỉ chuyển động tròn thuận

chiều kim đồng hồ và G03 thực hiện chuyển động tròn ngược chiều kim đồng hồ

Trong dòng lệnh này, giá trị đi sau R chỉ bán kính cung tròn

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG CỦA NỘI SUY TRONG BỘ ĐIỀU

KHIỂN MÁY CNC 3 TRỤC

3.1 Giải thuật nội suy cung tròn chưa tối ưu

Trong quá trình nghiên cứu giải thuật nội suy cung tròn em đã tiếp cận được với

tư tưởng của giải thuật nội suy bậc thang Giải thuật này được thực hiện như sau: Tại mọi thời điểm giải thuật sẽ xác định xem điểm hiện thời đang nằm trong hay nằm ngoài hình tròn dựa vào bất đẳng thức: x2+y2 ≥ 2xy

3.1.1 Thuận chiều kim đồng hồ

Hình 3.1: Đồ thị mô tả các bước của giải thuật nội suy chưa tối ưu

Sơ đồ giải thuật:

Hình 3.2: Sơ đồ giải thuật nội suy chưa tối ưu (thuận chiều kim đồng hồ)

Các bước thực hiện:

Start A(10,0) Stop B(0,-10)

Bước 0