DỒ ÁN MÁY CNC CÔNG NGHIỆP

Máy công cụ điều khiển theo chương trình số là những máy công cụlàm việc với các hệ thống ngắt và hệ lệnh đường dịch chuyển trên cơ sở cungcấp các dữ liệu của công nghệ gia công cắt gọt

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

Mục đích thực hiện đề tài 1

Cấu trúc đồ án 1

Phương pháp thực hiện đề tài 2

PHẦN NỘI DUNG 3

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ MÁY CÔNG CỤ CNC I.1 Khỏi niệm về hệ điều khiển số 3

I.1.1 Quá trình phát triển, trình độ hiện tại của máy công cụ CNC 3

I.1.2 Các khỏi niệm cơ bản về điều khiển số 4

I.1.3 Nguyờn lý vận hành và các dạng điều khiển số trên máy công cụ CNC 6

I.2 Khỏi niệm về máy công cụ CNC 13

I.2.1 Khỏi niệm chung về máy công cụ CNC 13

I.2.2 Hệ trục toạ độ của máy công cụ CNC 17

I.2.3 Các điểm O và các điểm chuẩn 20

CHƯƠNG II: BỘ NỘI SUY VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG II.1 Bộ nội suy 27

II.1.1 Khái niệm, nhiệm vụ, các bộ nội suy và các dạng nội suy 27

II.1.2 Phương pháp nội suy 31

II.2 Hệ thống truyền động trong mọi công cụ điều khiển số 39

II.2.1 Các dạng chuyển động chạy dao trong máy điều khiển số 39

II.2.2 Truyền động điều chỉnh và các dạng truyền động 40

II.2.3 Truyền động chạy dao trong máy công cụ CNC 48

CHƯƠNG III:

LẬP TRÌNH CHO MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ

III.1 Lập trình trên máy công cụ CNC theo tiêu chuẩn ISO 64

III.1.1 Lập trình trên máy công cụ CNC 64

III.1.2 Mô tả từng từ lệnh riêng lẻ trong một câu lệnh 66

III.1.3 Các ví dụ lập trình với địa chỉ G 74

III.2 Lập trình cho máy phay armoni 77

III.2.1 Tổng quan về máy phay ARMONI 77

III.2.2 Các hàm G và M 80

III.2.3 Một số chương trình ứng dụng cho máy phay ARMONI 84

PHẦN KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC HÌNH VẼ

đo vị trí hiện số và mạch điều chỉnh vị trí. 3

Hình 1.2: Sơ đồ khối của hệ điều khiển CNC đa xử lý/hai trục điều khiển 4

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC. 7

Hình 1.4: Điều khiển điểm - điểm. 9

Hình 1.5: Điều khiển đường thẳng trên máy tiện, máy phay CNC. 10

Hình 1.6: Điều khiển biên dạng trên máy phay CNC. 11

Hình 1.7: Điều khiển 2D. 12

Hình 1.8: Điều khiển 2,5D. 12

Hình 1.9: Điều khiển 3D. 13

Hình 1.10: Máy phay thụng thường và máy phay CNC 15

Hình 1.11: Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC 18

Hình 1.12: Hệ trục của máy CNC khi chi tiết chuyển động quay 19

Hình 1.13: Điểm M của máy phay đứng. 20

Hình 1.14: Điểm O của chi tiết. 21

Hình 1.15: Xác định điểm chuẩn trong khi đo vị trớ chu kỳ tuyệt đối 22

Hình 1.16: Vị trí điểm gỏ đặt A trựng với điểm M 23

Hình 1.17: Điểm thay dao 23

Hình 1.18: Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gỏ dụng cụ N. 24

Hình 1.19: Vị trí các điểm chuẩn của dao P trên các dao khỏc nhau 24

Hình 1.20: Vị trí các điểm chuẩn và điểm 0 trên máy tiện. 25

CHƯƠNG II Hình 2.1: Nội suy trong chuyển động phi tuyến. 27

Hình 2.2: Nội suy tuyến tính và nội suy vũng. 30

Hình 2.3: Nội suy tuyến tính theo phương pháp DDA. 32

Hình 2.4: Sơ đồ khối của nội suy tuyến tính. 34

Hình 2.5: Nội suy tuyến tính của chi tiết trên máy phay. 35

Hình 2.6: Nội suy vũng. 37

Hình 2.7: Quá trình đi tới điểm cần. 42

Hình 2.11: Hệ thống Stato - Rotor của một động cơ bước chạy điện. 51

Hình 2.12: Mặt cắt ngang của động cơ Servo dũng một chiều có dũng kớch từ bởi nam chõm vĩnh cửu. 55

Hình 2.13: Máy phát điện hoạt động theo chu trình bốn gúc phần tư. 56

Hình 2.14: Sơ đồ khối của bộ biến tần 57

Hình 2.15: Sơ đồ khối và đặc tính cơ của hệ BT- Đ điều khiển theo luật U/f=const 58

Hình 2.16: Đặc tính cơ của hệ BT - Đ khi điều chỉnh theo luật ở = const 59

Hình 2.17 60

Hình 2.18: Hệ thống cấp chi tiết. 61

Hình 2.19: Hệ thống chuyển dao. 62

Hình 2.20: ổ tách lũy dao: 63

CHƯƠNG III Hình 3.1: Các đoạn dịch chuyển dao là cơ sở cho một chương trình CNC 64

Hình 3.2: Lệnh G00 dựng cho phay. 67

Hình 3.3: Nội suy thẳng, địa chỉ G01. 68

Hình 3.4: Các cung dựng trong máy phay. 68

Hình 3.5: Gia công khoột có thời gian duy trì. 69

Hình 3.6: Lệnh vờ trũn gúc G7 và lệnh vỏt mộp G8. 69

Hình 3.7: Địa chỉ hoỏ các bề mặt nội suy. 71

Hình 3.8: Dịch chuyển điểm 0 khi phay theo chu kỳ 71

Hình 3.9: Các chu kỳ công tác. 72

Hình 3.10: Lập trình với địa chỉ G90. 73

Hình 3.11: Lập trình cho chuyển động cong. 74

Hình 3.12: Chi tiết gia công với kớch thước tuyệt đối. 74

Hình 3.13: Chi tiết gia công. 76

Hình 3.16 : Sơ đồ điều khiển động cơ bàn máy theo các trục 78

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài.

Thời kỳ đổi mới đất nước ta đó chủ trương phát triển ngành công nghiệpnặng, trong đã ngành cơ khớ chế tạo được quan tõm và khụng ngừng đổi mớicác trang thiết bị độ nâng cao chất lượng và tính ưu việt của sản phẩm Do vậycác máy điều khiển số đang được sử dụng rộng rói ở nước ta độ chế tạo cơkhớ, đặc biệt ỏp dụng độ chế tạo các khuân mẫu Chính xác, các chi tiết phục

vụ trong công nghiệp Quốc Phũng Các máy công cụ điều khiển số còn đượcdựng trong công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo, qua các lớp đào tạo vềmáy điều khiển số ta có thể tìm hiểu vận hành và sử dụng chình độ nâng caotrình độ ỏp dụng trong sản xuất có hiệu quả tối đa nhất

Trang bị điện là môn học, đối tượng của nó gồm các yêu cầu công nghệ

mà các công cụ, các trang thiết bị, dây chuyền sản xuất đặt ra đòi hỏi cần cungứng những thiết bị điện như thế nào độ yêu cầu công nghệ của các thiết bị máymúc, dây chuyền sản xuất đã được thoả mãn

Trước đòi hỏi của thực tế em thấy đây là một lĩnh vực sẽ đem lại nhiềuđiều thú vị Chính vì vậy em được khoa, bộ môn và thầy giáo giao nhiệm vụ

thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài : “Nghiên cứu hệ thống điều khiển số

trên máy công cụ CNC”

- Phần nội dung: Được bố cục theo 3 chương.

Chương I: Khỏi niệm cơ bản về điều khiển số và máy công cụ CNC Chương II: Bộ nội suy và hệ thống truyền động trong máy điều khiển số Chương III: Lập trình trên máy công cụ điều số

- Phần kết luận: Những kết quả mà đồ án đó đạt được và chưa đạt được

Phương pháp thực hiện đề tài.

Với yêu cầu của đề tài như trên thì em sử dụng các phương pháp đã là:

+ Phương pháp nghiên cứu: Tìm hiểu, tham khảo sách, đọc tài liệu vàtra cứu mạng internet

+ Phương pháp tính toán: Tính toán lựa chọn thiết bị cho đề tài

+ Phương pháp tham khảo, tư vấn,

Trong quá trình thực hiện đề tài, với sự nỗ lực của bản thân và sự hướng

dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn: Phạm Văn Chính cùngcác thầy cụ bộ

môn, các bạn, đến nay đồ án của em đó được hoàn thành Do kiến thức chuyênmôn còn hạn chế, tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án của em khụng tránhkhỏi những thiếu sút em rất mong được sự chỉ bảo đóng gópý kiến của cácthầy cụ giáo cùngcác bạn độ đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nam Định, ngày 30 tháng 06 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Phạm Ngọc Hạnh

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ MÁY CÔNG CỤ CNC

I.1: Khỏi niệm về điều khiển số

I.1.1 Quá trình phát triển, trình độ hiện tại của ngành máy công cụ CNC

I.1.1.1 Giai đoạn 1970-1971.

Giai đoạn này các máy công cụ điều khiển theo kiểu hệ NC có hệ thống

đo vị trớ số và các mạch điều chỉnh vị trớ liên tục, trong đã việc xác địnhnhiệm vụ điều khiển dựa vào đường dây liên lạc cứng, còn gọi là lập trình quacác hệ cứng

Hình 1.1:

Sơ đồ khối của hệ điều khiển số (NC) có liên hệ với hệ thống

đo vị trớ hiện số và mạch điều chỉnh vị trớ

A: Đọc bằng đục lỗ B: Mạch lôgic ghộp cứng

C: So sánh giá trị cần thực về vị trớ D: Biến đổi số/tương tự

E: Khuyếch đại F: So sánh giá trị cần thực về tốc độ G: Khuếch đại điều chỉnh H: Động cơ chạy dao

I: Vị trớ đo tốc độ J: Bàn máy

I.1.1.2 Trình độ hiện tại.

Trong các máy CNC hiện đại, cụm vi tính đảm nhiệm luụn các xử lý gắn chặt với yếu tố thời gian vớ dụ như: nội suy điều chỉnh vị trớ,… Đã là các

hệ CNC chủ động

Hình 1.2: Sơ đồ khối của hệ điều khiển CNC đa xử lý/hai trục điều khiển.A: Nạp dữ liệu chương trình B: Biến đổi số/tương tự H: Động cơ chạy dao.I: Cụm đo tốc độ J: Bàn máy K: Cụm đo vị trớ

Từ hệ CNC thụ động đến hệ CNC điều chỉnh chủ động cũng là sự thayđổi mạch điều chỉnh vị trớ liên tục, vì rằng tốc độ làm việc của máy tính theophương thức trình tự chậm hơn đáng kể so với tần số phát của hệ thống điềukhiển số lập trình qua các liên hệ cứng làm việc song song

I.1.2 Các khỏi niệm cơ bản về điều khiển số.

I.1.2.1.Định nghĩa điều khiển số.

Là quá trình xảy ra trong một hệ thống giới hạn, trong đã một haynhiều đại lượng là đại lượng đầu vào, các đại lượng khỏc nhau là các đạilượng đầu ra, chình tác động và ảnh hưởng đến hệ thống theo những quy luậtriêng

I.1.2.2 Điều khiển số NC (Numerical Control).

Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là nhữngtớn hiệu số nhị phân, chình được đưa vào hệ thống điều khiển dưới dạng mộtchương trình điều khiển có hệ thống Trong điều khiển số ứng dụng cho máy

D A

công cụ, các đại lượng đầu vào là những thụng tin, dữ liệu hay số liệu nhậpvào.

- Điều khiển NC: Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình húacác mối liên hệ “, trong đã mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác địnhmột nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chình phải thụng qua những dây nối hàncứng trên các mạch logic điều khiển

- Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng

I.1.2.3 Điều khiển CNC (Computerized Numerical Control).

Là một hệ thống điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao hàmmột máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kốm theo các bộnhớ ngoại vi

Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thụng qua phầnmềm nghĩa là các chương trình làm việc có thể thiết lập trước

I.1.2.4 Điều khiển đọc.

Điều khiển đọc bao quát cả quá trình đọc tin Nó kiểm tra các thụng tin

đó được đọc về tính đúng đắn của hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của số bittrong mó số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện các cấu trúc tin bịlỗi

I.1.2.5 Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện các bước xử lýsong song (xử lý đồng thời) các thụng tin của một công đoạn gia công vốn đóđược đọc vào theo thứ tự từng bước (dạng chuyển động, tọa độ điểm kết thúcchuyển động, tốc độ trên đường biên dạng, số vũng quay và chiều quay củatrục Chính)

I.1.2.6 Thụng tin hình học

Là hệ thống thụng tin điều khiển các hệ thống chuyển động tương đốigiữa dao cụ và chi tiết liên quan trực tiếp tới quá trình tạo hình bề mặt, còn gọi

là thụng tin về đường dịch chuyển (hình dạng đường sinh và đường chuẩn của

bề mặt hình học muốn tạo ra trên đường dịch chuyển)

I.1.2.7 Thụng tin công nghệ (Technologual information).

Là hệ thống thụng tin cho phộp máy thực hiện gia công với những giátrị công nghệ yêu cầu: chuẩn húa các gốc tọa độ, chọn chiều sõu lỏt cắt, tốc độchạy dao, số vũng quay trục Chính, chiều quay trục Chính vị trớ xuất phát củadao, đãng hay ngắt mạch tưới dung dịch trơn nguội, mạch đo lường kiểm tra

I.1.3 Nguyờn lý vận hành và các dạng điều khiển số trên máy công

cụ CNC

I.1.3.1 Nguyờn lý làm việc của máy công cụ CNC.

Hệ thống điều khiển số CNC có một máy tính giỳp người đứng máykhụng chỉ khởi động chương trình NC mà còn:

- Viết và đưa chương trình vào máy

- Biến đổi các chương trình đó đưa vào máy

Các kớch thước của dụng cụ và của thiết bị kẹp phụi có thể được đưavào hệ thống CNC khi đặt số liệu mà khụng phụ thuộc vào chương trình NC.Các kớch thước này được thực hiện tự động khi gia công Do đã người đứngmáy cần rất ớt thụng tin về bản vẽ, khi cần thiết có thể tự chọn dụng cụ vàthiết bị kẹp chặt Ta nhận thấy khụng có sự khỏc nhau cơ bản giữa hệ thống

NC và CNC về ngụn ngữ lập trình và công nghệ gia công trên máy công cụ

Do các hành động đều được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng

mó chữ cỏi cộng các con số và ký tự đặc trưng

Máy công cụ điều khiển theo chương trình số là những máy công cụlàm việc với các hệ thống ngắt và hệ lệnh đường dịch chuyển trên cơ sở cungcấp các dữ liệu của công nghệ gia công cắt gọt ở dạng mó nói trên Những hệlệnh này được tổ chức theo một chương trình gia công chặt chẽ Chính xác.Nguyờn lý hoạt động của hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC đượcthể hiện như trên hình 1.3:

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC.

 Quá trình xử lý bên ngoài:

Từ bản vẽ chế tạo, những thụng số kỹ thuật và số liệu công nghệ yêu cầu

độ gia công chi tiết, được đưa vào chương trình gia công với các bước giacông kế tiếp nhau Những chương trình gia công chi tiết được số hoỏ và ghi

BẢN VẼ

VẬT MANG TIN VẬT MANG TIN

vào vật mang tin bởi một mó (code) tương thích, độ phân biệt với bộ nhớ nộitại vật mang tin còn gọi là bộ nhớ ngoại vi Vật mang tin có thể là băng đục lỗđược ghi và được đọc ra một cách tuần tự với tốc độ đọc 120 ký tự/ giõy,băng từ (casset) là những dải băng có khả năng nhiễm từ quấn trong mộtcasset và nó có tốc độ đọc từ 400 đến 3000 ký tự/ giõy hoặc đĩa từ (disk) có ưuđiểm là khai thỏc nhanh, trực tiếp, đựơc lựa chọn tự do với tốc độ đọc từ 4000đến 300000 ký tự/ giõy.

 Quá trình xử lý bên trong:

Tiếp theo là quá trình xử lý bên ngoài là quá trình xử lý bên trong.Các dữ liệu ghi trên vật mang tin được tiếp nhận thụng qua bộ đọc, bộ đọc cónhiệm vụ kiểm tra các thụng tin đó được đọc về hình thức cấu trúc tin (tínhchẵn của số bớt trong mó số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiệncấu trúc tin bị mắc lỗi Các thụng tin được bộ đọc kiểm tra và đọc song đượcchuyển vào bộ nhớ Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiệnchuẩn bị các bước song song (xử lý đồng thời) các thụng tin của một côngđoạn gia công vốn đó được đọc vào theo thứ tự từng bước (dạng chuyển động,toạ độ của điểm kết thúc chuyển động, tốc độ trên đường biên dạng, số vũngquay và chiều quay trục Chính), dung lượng của các bộ nhớ trong các hệ CNChiện đại cho phộp nội dung thụng tin của nhiều chương trình con được lưu trữcùng một lúc trong bộ nhớ

Từ bộ nhớ các thụng tin chương trình gia công được chuyển qua bộnội suy, bộ nội suy có nhiệm vụ tính toán hiệu chỉnh độ đảm bảo các dữ liệucủa chương trình đọc vào là phự hợp Bộ nội suy tính toán tọa độ của các điểmtrên đường dịch chuyển dọc theo biên dạng cần, đoạn biên dạng giữa điểmkhởi xuất và điểm kết thúc mà toạ độ của chình đó được đưa vào chương trình,

độ hình thành nên biên dạng của chi tiết cần gia công trong một dung sai xácđịnh Các tớn hiệu điện được bộ đọc chuyển đổi từ các thụng tin cần đưa vàothành tớn hiệu tương tự (tớn hiệu điện), tớn hiệu này hình thành giá trị “Cần”của vị trớ bàn máy (trong hệ lệnh về hướng dịch chuyển) Giá trị “Cần” đượcdẫn tới bộ so sánh theo một tuần tự điều khiển xác định Các giá trị “ Cần“

qua bộ so sánh hình thành giá trị “Thực” về vị trớ bàn máy, nó được thu thậpthụng qua hệ thống đo lường dịch chuyển và cũng được dẫn tới bộ so sánh Kết quả đưa ra từ bộ so sánh giá trị “ Cần - Thực” trở thành những tớnhiệu điều khiển tự động cấp cho hệ thống truyền động, nhằm đạt tới vị trớChính xác mong muốn của bàn máy Đến khi kết quả so sánh cặp giá trị “ Cần

- Thực” bằng “ Khụng”, tớn hiệu điều khiển khụng còn nữa và hệ thống truyềnđộng ngừng lại

Quá trình trên đây được thực hiện trên nguyờn tắc đường tác dụng

“kớn” (hình1.3A) Còn trên hình1.3B, lại mụ tả một hệ điều khiển theonguyờn tắc đường tác dụng hở Ở đây, các thụng tin đó ghi nhận được truyềnđộng thẳng tới hệ truyền động thụng qua cụm điều khiển Giá trị “Thực”khụng được thu thập và phản hồi trên đường tác dụng “hở” Đối với hệ lệnhđãng/ ngắt quá trình cũng diễn ra tượng tự, chình được ghi nhớ, xử lý vàtruyền đạt tới các khõu điều chỉnh và những chu kỳ làm việc thích hợp

I.1.3.2 Các dạng điều khiển trong điều khiển số

Các dạng máy công cụ khỏc nhau, các bề mặt tạo hình khỏc nhau đòihỏi những chuyển động tương đối rất khỏc nhau giữa dao cụ và chi tiết giacông Các dạng điều khiển số đã cũng được phân thành: điều khiển điểm, điềukhiển đoạn thẳng hay đường thẳng và điều khiển biên dạng phi tuyến(contour)

a, Điều khiển điểm

Cho phộp xác định vị trớ dụng cụ theo các điểm đó lập trình với hànhtrình chạy nhanh của dụng cụ và dụng cụ khụng ăn vào phụi Chuyển độngtrên các trục riêng lẻ, lúc này khụng có rằng buộc bởi quan hệ hàm số và tốc

độ của các yếu tố định vị khụng phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ Điềukhiển điểm - điểm chủ yếu dựng trong các máy khoan, doa, hàn điểm

Z

Y

X

Hình 1.4: Điều khiển điểm - điểm.

Khi dụng cụ chạy tới các điểm đích dao bắt đầu cắt Mục đích cần đạt làcác kớch thước của các lỗ gia công so với hai trục X, Y phải Chính xác, còncác quỹ đạo chuyển động của dao hay bàn máy đều khụng có ý nghĩa lắm(hình 1.4) Vị trớ của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời trên hai trục X,

Y, quỹ đạo làm với một trong hai trục một gúc tương ứng với hai trục đãhoặc có thể điều khiển kế tiếp nhau, tức là theo hai trục riêng rẽ

b, Điều khiển đoạn hay đường thẳng

Hình 1.5: Điều khiển đường thẳng trên máy tiện, máy phay CNC Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt

thực hiện một lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đã Điều khiển

đường thẳng cho phộp bên cạnh dịch chuyển nhanh định vị, còn có một dịchchuyển song song với chiều trục của dụng cụ cắt với lượng chạy dao yêu cầu,khi đã dao ăn vào phụi

Hình 1.5a là sơ đồ chạy dao trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động

song song hoặc vuụng gúc trục của chi tiết so với trục Z

Trên hình 1.5b thể hiện sơ đồ máy phay, dụng cụ cắt chuyển độngsong song với trục X Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển độngđộc lập theo từng trục tức khụng có quan hệ rằng buộc hàm số Dạng điềukhiển này dựng cho máy phay và máy tiện đơn giản

c, Điều khiển theo biên dạng

Nếu giữa điểm bắt đầu một chuyển động và điểm kết thúc nó cần sảnsinh ra một biên dạng có ràng buộc bởi các quan hệ hàm số (tuyến tính hay phituyến) thì điều khiển số thực hiện chuyển động như vậy thuộc dạng điều khiểnbiên dạng (Contour)

Dạng điều khiển này đòi hỏi phải có các truyền động biệt lập, điều chỉnhđược vị trớ theo thời gian thực trên mỗi trục tọa độ và đảm bảo quan hệ phụthuộc hàm số với các chuyển động đồng thời trên các trục khỏc Giá trị cần -ứng với một vị trớ tức thời trên một trục - phải được tính toán một cách tuần

tự đúng với ràng buộc hằng số của biên dạng cần gia công

Hình 1.6: Điều khiển biên dạng trên máy phay CNC

Vớ dụ trên hình 1.6 là quá trình phay biên dạng trên máy phay.Trongtrường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo hai trục độ tạo ra một

Z

Y

X

biên dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong Trong đã các chuyển độngtheo các trục có quan hệ hàm số rằng buộc với nhau Dạng điều khiển này ứngdụng trên các máy tiện, máy phay và các trung tõm gia công (máy công cụ tựđộng đa chức năng có quá trình trao đổi dao tự động, thực hiện nhiều côngnghệ khỏc nhau như khoan, phay, cắt ren, tiện rộng, ) Tuỳ theo số trục đượcđiều khiển đồng thời khi gia công độ phân biệt thành điều khiển contour 2D,điều khiển contour 2,5D và điều khiển 3D (D = Dimension hay kớch thước).

* Điều khiển contour 2D.

Điều khiển contour 2D cho phộp các dịch chuyển của dụng cụ cắttheo đường thẳng và cung trũn, dựa vào hai trục cố định

Nếu một máy CNC có ba trục và sự điều khiển contour 2D, thì trụcthứ ba chỉ có thể được điều khiển khụng phụ thuộc vào hai trục kia Trên hình1.7, lượng ăn dao được điều khiển theo trục Z còn phay biên dạng là sự kếthợp giữa hai trục X, Y

Hình 1.7: Điều khiển 2D

* Điều khiển contour 2,5D.

Cho phộp các dịch chuyển của dụng cụ theo đường thẳng và theo cungtrũn trong một số mặt phẳng làm việc, nhưng chỉ có thể có hai trục hoà hợpvới nhau với sự lưu ý tới các chuyển động giữa chình

Trên máy phay CNC có ba trục X, Y, Z sẽ điều khiển được đồng thờihoặc X và Y hoặc X và Z hoặc Y và Z Trên các máy phay điều đã có nghĩa là

sự ăn dao có thể thực hiện theo bất kỳ 1 trong 3 trục, trong khi đã giữa hai trụckia dựng sử dụng độ phay contour Hình 1.8, thể hiện các chức năng trên

Z

Y

X

Hình 1.8: Điều khiển 2,5D.

Như vậy thụng qua chức năng G ( G17, G18, G19 ) của chương trình giacông ta có thể chuyển từ bề mặt gia công này sang bề mặt gia công khỏc

* Điều khiển contour 3D

Cho phộp đồng thời chạy dao theo cả ba trục X, Y, Z, (cả ba trụcchuyển động hũa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc bằng hàm số) Tathấy trên hình 1.9, biên dạng đuợc gia công theo cả ba trục đều có lượng chạydao theo chình tạo thành Điều khiển contour 3D được ứng dụng rộng độ giacông các khuân mẫu Chính xác, gia công các bề mặt khụng gian phức tạp

Hình 1.9: Điều khiển 3D.

I.2: khỏi niệm về máy công cụ CNC.

I.2.1 Khỏi niệm chung về máy công cụ CNC.

Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình số viết bằng

mó số ký tự chuyên dựng khỏc, trong đã hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ

vi xử lý micropocessor ( ) làm việc với các chu trình thời gian từ 1 đến 20

có bộ nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chươngtrình điều khiển số như : Tính toán trên các trục điều khiển theo thời gian thực,giám sỏt các trạng thỏi của máy tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toánnội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng (tuyến tính và phi tuyến tính) thựchiện so sánh giá trị Cần - Thực

I.2.1.1 Các đặc điểm kết cấu của các máy công cụ điều khiển CNC so với máy công cụ thụng thường.

a, Máy công cụ thụng thường.

Khi gia công trên máy phay thụng thường thì năng suất và chất lượngsản phẩm phụ thuộc vào rất nhiều tay nghề của công nhõn, nếu so với các máyđiều khiển số thì máy công cụ thụng thường còn rất nhiều hạn chế, tuy nhiênmáy công cụ thụng thường vẫn được sử dụng rộng rói ở Việt Nam với lý dogiá thành thấp và thuận tiện cho công việc sửa chữa và cho nền sản xuất cònđang ở trình độ thấp

b, Máy công cụ CNC

Thế hệ sau của máy công cụ thụng thường là máy NC (máy điều khiển số),với yêu cầu ngày càng tăng độ đưa ra những sản phẩm có chất lượng, giacông hàng loạt trên một máy công cụ Chính vì thế mà máy công cụ CNC rađời là bước phát triển từ máy NC Các máy CNC có một máy tính độ thiết lậpphần mềm độ điều khiển chức năng dịch chuyển của máy Các chương trìnhgia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào trong bộ nhớ, khi giacông máy tính đưa các cõu lệnh vào điều cũng có khả năng bự chiều dài vàđường kính dụng cụ… Tất cả các chức năng trên đều được nhờ một phần mềm

của máy tính, các chương trình lập ra đều có thể được lưu trữ vào đĩa cứnghoặc đĩa mềm So với máy công cụ thụng thường thì máy công cụ CNC có khảnăng tự động hoỏ, độ Chính xác cũng như chất lượng sản phẩm khi gia côngrất cao Quá trình điều khiển chuyển động giữa các trục của máy điều khiểntheo chương trình số được các động cơ dẫn động đảm nhiệm, chạy theo biêndạng của chi tiết với chương trình đó được lập còn máy công cụ thụng thườngcác chuyển động phải điều khiển bằng tay

Truyền động chạy dao

Máy phay thụng thường

Mỏy phay CNC

Hình 1.10: Máy phay thụng thường và máy phay CNC

I.2.1.2 Ưu, nhược điểm của máy công cụ CNC và các yêu cầu đặt ra

a, Ưu điểm:

So với các máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của máy công cụ CNC khụng phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển Người điều khiển máy chủ yếu đãng vai trũ theo dừi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.

So với các máy tự động theo chương trình cứng (dựng cam, dưìng, cữ chặn, công tắc hành trình…), máy công cụ CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt khi có trợ giỳp của máy vi tính, tiết kiệm được thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh

tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ.

Ưu điểm chỉ có trong máy công cụ CNC đã là phương thức làm việc với hệ thống

xử lý thụng tin “điện tử - số húa“, cho phộp nối ghộp các hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý của toàn xớ nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động húa toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật hiện đại thụng qua mạng liên thụng cục bộ (LAN) hay mạng liên thụng toàn cầu (WAN).

Các máy ứng dụng kỹ thuật CNC đạt tốc độ dịch chuyển lớn Trong lĩnhvực gia công cắt gọt, máy công cụ CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm đượctối đa thời gian phụ, do mức tự động hoỏ nâng cao vượt bậc

Máy công cụ CNC có thể dễ dàng thay đổi chương trình gia công, thiếtthực với các loại chi tiết khỏc nhau, thời gian chuẩn bị và hiệu chỉnh kỹ thuậttại khu vực làm việc giảm đáng kể Thời gian thay dao được thực hiện nhanhchúng, Chính xác có thể chuẩn bị dao ở vựng ngoại vi và nạp trở lại vào ổ táchdao chuyên dựng gắn trên máy

Máy điều khiển kỹ thuật số có thể thực hiện một lúc nhiều chuyển độngkhỏc nhau, tự động điều chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kớch thước chitiết và qua đã tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trớ tương đối giữa dao và chi tiết Máy công cụ CNC gia công được loạt chi tiết nhỏ, phản ứng một cáchlinh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điểm quan trọng nhất là việc lậptrình gia công có thể thực hiện được ngoài máy, trong văn phũng có sự hỗ trợcủa kỹ thuật tin học thụng qua các thiết bị vi tính, vi xử lý,

Đa số các máy CNC đều có thể thực hiện một số lượng lớn các nguyờncông khỏc nhau mà khụng cần thay đổi vị trớ gỏ đặt của chi tiết

Độ Chính xác lập lại đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quátrình đảm bảo chất lượng gia công cao, là ưu việt tuyệt đối của các máy điềukhiển kỹ thuật số

Bản thân nguyờn tắc điều khiển theo chương trình số là đảm bảo cơbản của độ Chính xác gia công trên máy Ngoài ra máy CNC còn có điều kiệnkhai thỏc tối đa các chế độ cắt gọt, các nguyờn lý cắt và phương án gỏ đặt,đảm bảo độ Chính xác cao, ổn định chất lượng sản phẩm

Túm lại sự lựa chọn thế hệ máy CNC ngày nay trở thành một đặc tínhcần thiết có tầm quan trọng, quyết định đối với các xớ nghiệp công nghiệp Vì

nó có thể đem lại lợi nhuận, khả năng tỏi sản xuất vỏ nó có những tính năngcao mà máy công cụ thụng thường chưa đạt được

b, Nhược điểm.

- Giá thành chế tạo máy cao hơn;

- Giá mua máy đắt hơn;

- Giá thành bảo dưìng, sữa chữa máy cũng cao hơn;

- Vận hành máy phức tạp hơn;

- Thay đổi người đứng máy khú khăn hơn;

c, Các yêu cầu đặt ra.

- Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khõu thiết kế, chuẩn bị sản xuất và thực hiện gia công chế tạo.

- Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn Một khúa đào taọ về kỹ thuật CNC là phải có, vì máy múc chỉ sử dụng tốt nếu người sử dụng có kiến thức thuần thục.

I.2.2 Hệ trục toạ độ của máy công cụ CNC.

Các trục toạ độ của máy công cụ CNC cho phộp xác định chiềuchuyển động của cơ cấu máy và dụng cụ cắt Các trục toạ độ đã là X,Y, Zchiều dương của X,Y, Z được xác định theo quy tắc bàn tay phải theo nguyờntắc này thì ngún tay cỏi chỉ chiều dương của trục X, ngún tay trỏ chỉ chiềudương của trục Y, ngún giữa chỉ chiều dương cuả trục Z, các trục quay tươngứng với các trục X,Y, Z được ký hiệu bằng các chữ cỏi A, B, C chiều quaydương là chiều quay theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dương củacác trục X,Y,Z

Hình 1.11: Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC(Nguyờn tắc bàn tay phải - tiêu chuẩn VDI 3255 )

a) Trục Z

Nói chung ở các máy trục Z luụn song song với trục Chính của máy

 Máy tiện: Trục Z song song với trục Chính của máy và có chiều dươngchạy từ mõm cặp tới dụng cụ (chiều từ trỏi sang phải )

+A

+ B

+ X +Y

+Z + C

 Máy khoan đứng, máy phay đứng: Trục Z song song với các trụcChính và có chiều dương hướng từ bàn máy lờn phớa trục Chính.

 Các máy bào: Trục Z vuụng gúc với bàn máy và có chiều dươnghướng từ bàn máy lờn phớa trên

 Các máy phay có nhiều trục Chính: Trục Z song song với đường tõmtrục Chính vuụng gúc với bàn máy (chọn trục Chính có đường tõm vuụng gúcvới bàn máy làm trục Z) chiều dương của trục Z trong trường hợp này hướng

 Máy phay đứng, máy khoan đứng: Nếu đứng ngoài nhìn vào trục Chínhthì chiều dương của trục X hướng về phớa bên phải

 Máy phay ngang: Nếu đứng ngoài nhìn thẳng vào trục Chính thì chiềudương của trục X hướng về phớa bên trỏi còn nếu đứng ở phớa trục Chính độnhìn vào chi tiết thì có chiều dương của trục X hướng về phớa bên phải

 Máy tiện: Trục X vuụng gúc với trục máy và có chiều dương hướng vềphớa bàn kẹp dao (hướng về phớa dụng cụ cắt) Như vậy bàn kẹp dao ở phớatrước trục Chính thì trục chiều dương của trục X hướng vào người thợ, cònnếu bàn kẹp dao ở phớa sau trục Chính thì chiều dương đi xa khỏi người thợ

 Máy bào: Trục X nằm song song với mặt định vị của chi tiết trên bànmáy và chiều dương hướng từ bàn máy về thân máy

+B +C

+X +X'

+Z' +Y'

+A

U P

Q V

+C' +B'

+A'

W//Z Nếu có các trục khỏc nữa song song với toạ độ Chính X,Y, Z thì cáctrục này được ký hiệu P, Q, R trong đã P//X, Q//Y, R//Z Các trục U,V, Wđược gọi là trục thứ hai còn các trục P, Q, R được gọi là trục thứ ba (hình1.12)

Hình 1.12: Hệ trục của máy CNC khi chi tiết chuyển động quay

Khi chi tiết gia công cùngbàn máy tham gia chuyển động thay cho dụng cụcắt thì các chuyển động ấy (chuyển động tịnh tiến theo ba trục và chuyển độngquay quanh ba trục) được ký hiệu bằng các chữ cỏi X’,Y’, Z’, và A’, B’, C’.Các chiều chuyển động này ngược chiều với chiều chuyển động của dụng cụcắt

I.2.3 Các điểm O và các điểm chuẩn

Vị trớ Chính xác của các hệ thống toạ độ do các điểm O quyết định vàcác điểm chuẩn cần xác định Chính xác trong vựng làm việc của máy nhằmđảm bảo Chính xác chi tiết khi gia công

a) Điểm O của máy M

Điểm O (điểm chuẩn M của máy) của máy là điểm gốc của hệ toạ độmáy Điểm M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy.Điểm M là điểm giới hạn của vựng làm việc của máy, ở các máy phay điểm Mthường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy Điểm chuẩn M (điểm

O của máy) của máy khoan cần và máy khoan đứng được thể hiện trên hình1.13.

Hình 1.13: Điểm M của máy phay đứng

b) Điểm O của chi tiết

Điểm O của chi tiết là gốc của hệ toạ độ gắn lờn chi tiết, vị trớ củađiểm W do người lập trình lựa chọn và xác định Song người lập trình cầnphải xác định sao cho các kớch thước trên bản vẽ gia công trực tiếp là các giátrị toạ độ của hệ thống toạ độ

Nếu hệ thống của toạ độ chi tiết và hệ thống toạ độ máy khỏc loại thìcác toạ độ của chi tiết phải chuyển sang hệ toạ độ của máy: Vớ dụ trong mộtbản vẽ chi tiết gia công vừa có toạ độ cực thì trước khi gia công phải tính toán

và chuyển đổi các hệ toạ độ cực thành các toạ độ Đềcác

Đối với các chi tiết phay độ hợp lý nên chọn điểm O của chi tiết tạiđiểm gúc ngoài cùngcủa đường viền chi tiết, trên các chi tiết đối xứng nênchọn tại trục đối xứng (hình 1.14)

M

RX

W W

Hình 1.14: Điểm O của chi tớờt.

c) Điểm O của chương trình PO

Điểm O của chương trình là điểm mà dụng cụ sẽ ở đã trước khi chi

tiết gia công Độ hợp lý điểm O của chương trình được chọn sao cho chi tiếtgia công hoặc dụng cụ có thể thay đổi một cách dễ dàng

d) Các điểm chuẩn của máy R

Điểm chuẩn R là điểm xác định trong vựng làm việc của máy công cụ

mà khoảng cách từ nó đến điểm O của máy M cần được biết Chính xác

Điểm chuẩn R được đặt mốc trên mỗi trục, nhờ cữ chặn cố định hoặc

cữ chặn có thể điều chỉnh theo từng bước khụng đổi

Điểm chuẩn là cần thiết trong trường hợp hệ điều khiển dựng phộp đokiểu gia số Ở đây, cứ mỗi lần đãng mạch điều khiển thì các trục phải đượcchạy về điểm chuẩn của nó, có như vậy hệ điều khiển mới có một điểm khởixuất, từ đã bắt đầu đếm các gia số

Độ khắc phục những sai số cắt gọt khi đảo chiều công tác, dịch chuyểntrở về điểm chuẩn R luụn luụn thực hịờn theo cùngmột chiều và theo chế độchạy dao chậm (hình 1.15)

Tốc độ chạy chậm

Tốc độ dịch chuyển tới

AB

C

Hỡnh 1.15: Xỏc định điểm chuẩn trong khi đo vị trớ chu kỳ tuyệt đối

và đo vị trớ tương đối ( A vấu tỳ; B, cụng tắc hành trỡnh;C Bàn mỏy) Khoảng cỏch giữa điểm chuẩn R và điểm O của mỏy M được thụng bỏocho hệ điều khiển thụng qua dữ liệu điều chỉnh mỏy Cỏc giỏ trị tốc độ chạy vềđiểm chuẩn cũng như tốc độ của hành trỡnh chạy dao chậm trờn từng trục, phụthuộc vào cỏc số liệu kỹ thuật của bàn mỏy như khối lượng bàn mỏy Chiềudài đoạn dịch chuyển trở về điểm chuẩn R, cũng được thụng bỏo cho hệ điềukhiển thụng qua dữ liệu điều chỉnh mỏy

e) Điểm tỳ A

Điểm tỳ A là giao điểm của cỏc đường trục mặt phẳng tỳ Trờn cỏc mỏy

tiện, mặt phẳng tỳ nằm ngay tại mừm cặp hoặc chấu cặp, cú thể điểm A trựnglập với điểm W (hỡnh 1.16)

Hình 17: Vị trí điểm gá đặt A trù ng vớ i điểm M

A W

Hình 1.14 Vị trớ điểm gỏ đặt A trựng với điểm M Hình 1.16 Vị trớ điểm gỏ đặt A trựng với điểm M

g) Điểm thay dao WW

Độ tránh va đập vào chi tiết gia công khi thay dao tự động phải chạyđến điểm thay dao, hình 1.17

Hình 1.17: Điểm thay dao

h) Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gỏ dụng cụ N

Khi sử dụng nhiều dao, các kớch thước của dao phải được xác địnhbằng cơ cấu điều chỉnh dao, độ có thụng tin đưa vào trong hệ thống điều chỉnhnhằm hiệu chỉnh tự động kớch thước dao Khi dao được lắp vào giá dao thìđiểm E và điểm N trựng nhau (Hình 1.18)

Hình 1.18: Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gỏ dụng cụ N

i) Điểm chuẩn của giá dao T

Đ iểm O của máy

Đ iểm tỳ

Đ iểm chuẩn của máy

Đ iểm O của chi tiết

Đ iểm O của ch ơng trình

Đ iểm thay đổi dụng cụ

Đ iểm điều chỉnh của dụng cụ

Đ iểm đón dụng cụ

Đ iểm cắt của dụng cụ

Đ iểm chuẩn của bàn tr ợ t

Đ iểm chuẩn của dao T

N, E

W W

P N

F T

E

W W

A M

R

M W PO R W

Điểm T dựng độ xỏc định hệ trục toạ độ của dao, điểm T phụ thuộc vàoviệc gỏ đặt dao trờn mỏy Thụng thường khi gỏ dao trờn mỏy thỡ điểm T trựngvới điểm lỗ gỏ dụng cụ N

j) Điểm cắt của dao P

Độ xỏc định vị trớ của dao trong vựng làm việc của mỏy, ta xỏc địnhđiểm chuẩn P của dao Điểm này là điểm đỉnh dao thực hay lý thuyết, trờnhỡnh 1.19 trỡnh bày cỏc vị trớ điểm chuẩn P của dao cho cỏc dao khỏc nhauquay hoặc khụng quay

Hỡnh 1.19: Vị trớ cỏc điểm chuẩn của dao P trờn cỏc dao khỏc nhau

A- Dao tiện; B- Mũi khoan ruột gà; C- Dao phay ngỳn

k) Điểm chuẩn của bàn trượt F

Tất cả cỏc điểm ở trờn bàn mỏy đều liờn quan đến điểm chuẩn này độxỏc định cỏc kớch thước cú liờn quan

Dưới đõy là một vớ dụ về vị trớ cỏc điểm O, cỏc điểm chuẩn trờn mỏy tiện

và bảng ký hiệu cỏc điểm chuẩn đó

Hình 1.20: Vị trớ các điểm chuẩn và điểm 0 trên máy tiện.

Những khỏi niệm cơ bản về điều khiển số trong máy công cụ CNC, sựkhỏc biệt giữa máy công cụ thụng thường và máy công cụ điều khiển số CNC,những ưu điểm, chức năng của máy công cụ CNC Những vấn đề trên đượctrình bày trong chương I, giỳp ta hình dung, hiểu sõu về hệ thống điều khiển

số trên máy công cụ

Ta nhận thấy rằng, khi gia công trên máy công cụ thụng thường, cácbước gia công chi tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều khiển sốvũng quay, lượng chạy dao, kiểm tra vị trớ của dụng cụ cắt độ đạt được kớchthước cần gia công trên bản vẽ Chất lượng của chi tiết gia công phụ thuộcnhiều tay nghề của người thợ, thời gian gia công chi tiết nhiều hơn,…

Máy công cụ điều khiển theo chương trình số thì quá trình gia công thựchiện một cách tự động, trước khi gia công người điều khiển máy đưa vào hệthống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnhđiều khiển được mó hoỏ Hệ thống điều khiển số cho khả năng thực hiện cáclệnh này và kiểm tra chình nhờ một hệ thống đo dịch chuyển trên các bàntrượt của máy

Tính tối ưu hoỏ của điều khiển số trong máy công cụ là lập cácchương trình độ thực hiện một loạt các hoạt động ở một chế độ được xác địnhtrước nhằm tạo ra chi tiết có các kớch thước và các thụng số vật lý có thể hoàntoàn dự bỏo trước Ưu điểm của máy công cụ điều khiển số nó có thể thay đổi

được chương trình gia công, có thể lập trình một chương trình mới ngay trênmáy bên cạnh một chương trình đang gia công

Trong nguyờn lý làm việc của hệ thống điều khiển số trên máy công

cụ CNC, gồm các bộ điều khiển trong đã có các bộ Chính như: bộ nội suy, bộ

so sánh, hệ thống truyền động và hệ thống đo Mỗi bộ đều có những nhiệm vụnhất định và chình có quan hệ rằng buộc với nhau.Vì giới hạn của đề tàinghiên cứu em xin trình bày bộ nội suy và hệ thống truyền động trong máyđiều khiển số

CHƯƠNG II

BỘ NỘI SUY VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

II.1 Bộ nội suy

II.1.1 Khỏi niệm, nhiệmvụ, các bộ nội suy và các dạng nội suy.

II.1.1.1 Khỏi niệm chung

Trong các máy công cụ điều khiển theo chương trình số những đườngtác dụng giữa dao cụ và chi tiết được hình thành nhờ các dịch chuyển trênnhiều trục

Độ sản sinh một đường cong trên một máy điều khiển theo chương trình

số, giữa các chuyển động trên từng trục riêng lẻ phải có một quan hệ hàm số(điều khiển phi tuyến) Các điểm tựa phải nằm dày đặc đến mức sao cho

Y

P1

11 P 12 P

P1314 P

P221 P

Nội suy chỉ có thể làm việc theo nguyờn tắc số Nó có thể được thựchiện bằng các mạch logớc nối cứng (chương trình hoỏ các mỗi liên hệ NC)hoặc bằng các phần mềm nội suy được lập trình (CNC)

Hình 2.1: Nội suy trong chuyển động phi tuyến

Trên hình vẽ, đường cong nội suy được thực hiện ở hai mức: Mức thứ nhấtđược thực hịờn nhờ một phần mềm nội suy xác định toạ độ các điểm trunggian giữa điểm đầu và điểm cuối của một đoạn biên dạng đó được đưa ra trướctrong chương trình (P1, P2, P3) còn mức thứ hai là nội suy tinh, thực hiện tiếptheo nội suy tuyến tính giữa các điểm trung gian (P11, P12, P13, ) Bộ nội suythực chất là một máy tính phát hàm số, nó đưa ra các lệnh thích hợp với điềukhiển ban đầu, điều khiển chạy dao trên các trục tọa độ riêng lẻ, trựm lờn mộtquỹ đạo cong cho trước theo mong muốn

II.1.1.2 Nhiệm vụ của bộ nội suy.

- Tìm ra vị trớ các điểm trung gian cho phộp hình thành một biên dạngcho trước trong một giới hạn dung sai xác định cho trước

- Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi.Thụng thường những yếu tố biên dạng cơ bản có trong các chi tiết kỹ thuật lànhững đoạn thẳng và những đường cong Tương ứng với thực tế đã, các bộđiều khiển số thường chỉ giới hạn trong bộ nội suy tuyến tính và bộ nội suyvũng.

- Tốc độ đưa ra tọa độ vị trớ trung gian phải phự hợp với tốc độ chạy daocho trước

- Đi tới một cách Chính xác các điểm kết thúc chương trình đó đưa ratrước chương trình

II.1.1.3 Bộ nội suy trong, bộ nội suy ngoài.

Bộ nội suy về cơ bản là một máy tính đơn chức Tựy theo bộ nội suynằm trong hay ngoài tủ điều khiển của máy, tức là sử lý bên trong hay bênngoài máy và được gọi là bộ nội suy trong hoặc bộ nội suy ngoài

Ở bộ nội suy ngoài, có các thiết bị sử lý số dựng vào việc chương trìnhhúa đảm nhiệm luụn chức năng nội suy Trong trường hợp này vật mangchương trình, phải chứa thụng tin toàn bộ các điểm riêng lẻ của đường cong.Vật mang tin được dựng chỉ có thể là băng từ hoặc chương trình xử lý bằngnối ghộp trực tiếp, khụng cần bộ nhớ trung gian

Ưu điểm của nội suy ngoài là ở chỗ: nội suy có khả năng phục vụ nhiềumáy và tiêu hao trên bản thân mỗi máy giảm đáng kể

Nội suy trong đòi hỏi cho mỗi máy phải có riêng một cụm điện toán.Chỉ có những điểm tựa mang tính đặc trưng của đường cong cũng như các dữliệu về dạng nội suy là được chương trình húa Vì vậy ngay có phương tiện cổđiển bằng đột lỗ cũng đủ độ làm vật mang tin Bộ nội suy trong sẽ sản sinh ra

vụ số các điểm trung gian Tốc độ tính toán được xác định bởi tốc độ chuyểnđộng chạy dao trên máy công cụ

Độ xột tính tối ưu của các phương pháp ta dựa vào các chỉ tiêu sau: Trênphương diện kinh tế, khả năng tiện lợi khi sử dụng cũng như thiết kế kỹ thuật

và được xác định trước hết bởi phạm vi của thiết bị điều khiển số Đến nay cácmáy CNC đều làm việc phổ biến với bộ nội suy trong Tuy nhiên trong các hệ

thống gia công điều khiển số lớn hơn thì việc điều khiển trực tiếp nhờ mộtmáy tính xử lý quá trình kinh tế hơn Máy tính này cũng thực hiện chức năngnội suy ngoài.

Về mặt kỹ thuật vấn đề nội suy có thể được giải quyết bằng các thiết bịđiện toán làm việc theo kiểu số hoặc kiểu tương tự Bộ nội suy làm việc kiểutương tự thì đơn giản trong chế tạo nhưng chứa đựng nhiều nhược điểm của kỹthuật tương tự, nhất là độ Chính xác rất hạn chế Do vậy khoảng cách cácđiểm tựa (điểm trung gian) phải được chương trình húa dày đặc hơn nhiều sovới bộ nội suy làm việc kiểu số

Do sự đòi hỏi có độ Chính xác cao cho những chiều dài đoạn nội suylớn ngày nay chỉ còn dựng bộ nội suy làm việc kiểu số

II.1.1.4 Các dạng nội suy.

Các hàm số cần sản sinh từ bộ nội suy chủ yếu là các đường thẳng vàđường cong, đã là những biên dạng của các yếu tố kết cấu thường dựng còncác đường cong bậc cao như các parabol hay hypecbol thường khụng đượcthực hiện trong các hệ điều khiển số vì chình hầu như khụng có trong các đòihỏi thực tế Về mặt tính toán có ưu điểm là quan tõm đến các sai lệch củadụng cụ cắt (vớ dụ bán kính dao phay) các khoảng cách đối xứng giữ đượcnhững giá trị ngang bằng Ngoài ra còn sử dụng được “ đường cong chuẩn “ Thụng thường trong các máy công cụ điều khiển số là dạng nội suythẳng và nội suy vũng (nội suy tuyến tính và nội suy phi tuyến - hình 2.2)

Hình 2.2: Nội suy tuyến tính và nội suy vũng

* Nội suy tuyến tính: AL Điểm khởi xuất của chuyển động tuyến tính;

BL Điểm đích của chuyển động tuyến tính;

* Nội suy vũng: AC Điểm khởi xuất của chuyển động cong;

BC Điểm đích của chuyển động cong;

M Tõm của chuyển động cong

Với dạng nội suy thẳng và nội suy vũng, có thể thực hịờn được nhữngkhả năng như sau:

- Nội suy thẳng hai trong n trục

- Nội suy thẳng theo n trong n trục

- Nội suy vũng theo 2 trong n trục

Nội suy vũng theo 2 trong n trục đồng thời với nội suy thẳng theo một trụcvuụng gúc với mặt phẳng của đường trũn nội suy (nội suy theo đường xoắnốc)

Việc tính toán các hàm số ở dạng số có thể thực hiện theo hai phươngpháp cơ bản sau:

a) Thụng qua tính toán hàm số trực tiếp trong đã, đường cong được đưa ra

ở dạng toán học bởi hàm bất khả biến:

F ( x,y,z) = o

Ở đây sau mỗi bước nội suy được kiểm tra ngay xem vị trớ thực mới sovới đường cong đưa ra có sai lệch khụng? Sai theo hướng nào? Sau đã quyếtđịnh hướng điều chỉnh tiếp theo được thực hiện theo trục tọa độ nào và theohướng nào?

b) Trình bày các thụng số của đường cong là hàm số theo thời gian thực:

II.1.2 Phương pháp nội suy.

Độ xác định giá trị cần về vị trớ các trục riêng lẻ, người ta ứng dụngcác phương pháp nội suy khỏc nhau

Một trong các phương pháp nội suy thụng dụng nhất là phương pháp

“phân tách vi phân số” DDA (Digital Differential Analyse)

Phương pháp này thực hiện nội suy số tính theo các gia số tốc độ

Ta có hai phương pháp nội suy hay dựng đã là: Phương pháp nội suythẳng và phương pháp nội suy vũng

II.1.2.1 Nội suy thẳng theo phương pháp DDA.

Hình 2.3: Nội suy tuyến tính theo phương pháp DDA

A Điểm khởi xuất; E Điểm đích;

L Chiều dài quóng đường; U Tốc độ chuyển động hình thành;

VX, VY Tốc độ chuyển động trên các trục X và Y

Một con dao cần chuyển động giữa điểm khởi xuất PA và điểm kết thúc

PE theo một đường thẳng với tốc độ chạy dao U xác định Trong thời gian T =L/U, các đoạn đường thành phần ( xE - xA ) và ( yE - yA ) phải được thực hiện

Độ tính toán giá trị cần về vị trị hay tọa độ vị trớ các điểm trung giancần được tính như một hàm số theo thời gian dưới dạng phương trình đườngthẳng:

Ở đây thời gian T được chia thành các khoảng đủ nhỏ, phộp táchphân cho phộp thay bởi phộp cộng số:

n = 1, 2, 3, , N

Với mỗi bước cộng, giá trị về vị trớ lại tăng thể một bước bằng hằng số

Độ đảm bảo độ Chính xác của biên dạng nội suy, các bước cộng buộc phảinhỏ hơn suất đơn vị của truyền động chạy dao:

hoặc Trên các máy công cụ điều khiển số, thụng thường Với các dữ liệu đưa vào bộ nội suy xE, yE, xA, yA, u, , ta lập được sơ đồkhối của nội suy tuyến tính được tính toán theo phương pháp DDA

N n A n

y y

y

x x

x

1 1

, 4, 3, 2, 1

N

T t

A x E x

L    

N

y y

y

N

x x

x

A E

A E

E n

E n

y y

x

x





Hình 2.4: Sơ đồ khối của nội suy tuyến tính

Vớ dụ: Xác định các thụng số nội suy của chi tiết khi phay từ

điểm PA đến điểm PE như trên hình vẽ:

Hình 2.5: Nội suy tuyến tính của chi tiết trên máy phay

Với chi tiết được phay như trên hình 2.5, các giá trị nội suy chochuyển động tuyến tính PA đến điểm PE phải được xác định

Suất đơn vị của truyền động chạy dao trên mỗi trục là Toạ độ của các điểm gốc của biên dạng, tính theo gốc W là:

PA: xPA = 16; yPA = 35

PE: xPE = 53; yPE = 65

Chiều dài của biên dạng cần nội suy:

Thời gian nội suy:

Đại lượng tối thiểu của N:

W

Y80

653516