Nghiên cứu máy khoan trên cơ sở máy động học song song

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DIỆP BẢO TRÍ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU MÁY KHOAN TRÊN CƠ SỞ MÁY ĐỘNG HỌC SONG SONG LUẬN VĂN CAO HỌC CHUN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY NĂM 2004 TÓM TẮT NỘI DUNG # " Hiện việc tăng khả sản xuất một kinh tế quan trọng đặc biệt ngành gia công khí nhu cầu gia công tốc độ cao cần thiết nâng cao sản lượng mà tăng chất lượng sản phẩm Do đề tài giải phần ngành gia công tốc độ cao Nội dung đề tài thiết kế mô hình máy khoan tốc độ cao dựa vào máy động học song song Đề tài giải số nội dung: giới thiệu tổng quan máy động học song song, quy trình thiết kế máy động học song song đồng thời đưa cách giải toán động học song song, thiết kế khí điều khiển máy khoan có khả khoan lỗ mặt phẳng nghiêng thay đổi từ 00 đến 640, đồng thời đưa phương hướng phát triển đề tài sau Sumary Now, the increase produce of the Economy is important Special, the process mechanics is in great demand about process high speed It is not only enhance production but also to increase quality of products So, this theme is resolve part of the process high speed This content of theme is design a model of the high speed borer to rely on the parallel kinetics machine This theme is resolved in some content: overview introduce about the parallel kinetics machine, a manufacturing design the parallel kinetics machine, simultaneously expose in a resolve way about a parallel kinetics, design mechanics and a set of control borer having faculty drill a hole plane of incline changed from 0o to 64o, simultaneously expose direction of this theme develop in the future Mục lục Trang Lời cảm ơn CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Xu Thế Phát Triển Máy Công Cụ 1.1.2 Gia Công Cao Tốc 1.1.3 Máy Công Cụ Song Song 1.1.4 Maùy Công Cụ Biến Hình .4 1.2 Các Thời Kỳ Sản xuất 1.2.1 T hời kỳ trước CNC (trước thập niên 1960) 1.2.2 Thời kỳ CNC (từ 1960 ñeán 1990) 1.2.3 Thời kỳ tri thức (sau 1990) 1.3 Các Hệ Thống Sản Xuất Chính Hiện Đại 1.3.1 Hệ Thống Gia Công Chuyên Dùng(DMS) 1.3.2 Hệ Thống Sản Xuất Linh Hoạt .9 1.3.3 Hệ Thống Sản Xuất Biến Hình(RMS) .9 1.3.4 So Sánh Các Hệ Thống Sản Xuất 10 1.3.5 Yêu cầu sản xuất đại .11 1.4 Hệ Thống Sản Xuất Biến Hình .12 1.4.1 Định nghóa hệ thống sản xuất biến hình .12 1.4.2 Các Đặc Điểm Chính Trong Hệ Thống RMS .13 1.4.3 Các Kỹ Thuật Cho Hệ Thống Gia Công Biến Hình 15 1.4.4 Một Số Nội Dung Nghiên Cứu Chính Trong RMS .15 1.4.5 Một Số Nguyên Tắc Của RMS .16 1.5 Kết Luận 17 1.6 Mục Đích Và Nội Dung Nghiên Cứu 17 CHƯƠNG II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 18 2.1 Máy Động Học Song Song( Parallel Kinematics Machines_PKM ) .18 2.1.1 Khái niệm .18 2.1.2 Nguyên lý Stewart 19 2.1.3 Một Số Máy Động Học Song Song Đã Được Sản Xuất 24 2.2 Các Vấn Đề Chính Trong Máy Động Học Song Song 25 2.2.1 Động Học Song Song 25 2.2.2 Xác Định Kích Thước Và Độ Chính Xác .25 2.2.3 Thuộc Tính Cấu Trúc Của Máy Động Học Song Song 26 2.2.4 Hiện Tượng Nhiệt Của Máy Động Học Song Song .27 2.2.5 Không Gian Làm Việc Của Máy Động Học Song Song 26 2.2.6 Ưu Nhược Điểm Và Phạm Vi ng Máy Động Học Song Song 28 2.3 Máy Công Cụ Biến Hình( Reconfiguarble Machines Tools_RMS) 30 2.3.1 Khái Niệm 30 2.3.2 Nguyên Lý Trong Thiết Kế Máy Công Cụ Biến Hình 30 2.3.3 Đặc Điểm Của Máy Công Cụ Biến Hình 31 2.3.4 Ưu Nhược Điểm Và Phạm Vi ng Dụng 36 CHƯƠNG III PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN MÁY KHOAN 38 3.1 Phân Tích Và Lựa Chọn Phương n Thiết Kế 38 3.1.1 Yêu Cầu Kỹ Thuật Và Nội Dung Thiết Kế .38 3.1.2 Mô Tả Hệ Thống Máy Khoan 39 3.1.3 Các Phương n .40 3.1.4 Phân Tích Động Học Các Dạng Modul Khác Nhau 43 3.2 Tính Toán Và Thiết Kế Máy Khoan Tốc Độ Cao 46 3.2.1 Xác Định Đường Kính Vặn Bu Lông 46 3.2.2 Chọn Và Kiểm Tra Bền Bulông Nối Giữa Thanh Nối Và Đế Đặt 48 3.2.3 Tính Trượt 48 3.2.4 Tính Đường Kính Thanh Noái 49 3.2.5 Kiểm Tra Bền Phần Đế Trên Của PKM 50 3.2.6 Kiểm Tra Phần Khung 52 3.2.7 Tính Bi Đỡ Đầu Của Vít Me 54 3.2.8 Tính Vít Gắn Vào Nắp Đậy 55 3.2.9 Tính Đường Kính Bulông Gắn Khung Với Nền .57 3.2.10 Xác Định Quan Hệ S Và V 57 3.2.11 Xác Định Động Cơ Tuyến Tính 58 3.2.12 Tính Bền Khung Nhôm 59 3.2.13 Xác Định Động Cơ Khoan 60 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 61 4.1 Thieát Keá Bộ Hiển Thị Góc Quay Của Máy 61 4.1.1 Giới Thiệu Về Họ Vi Điều Khiển MCS-51 61 4.1.2 Vi Điều Khiển AT89C52 62 4.1.3 Cấu Tạo Chân 65 4.1.4 Bộ nhớ lieäu 65 4.1.5 Đặc Tính Bộ Dao Động 65 4.1.5 Chế Độ Hạ Nguồn 65 4.1.7 Giới Thiệu Về ADC0809 65 4.1.8 Ram 6264 67 4.1.8 Choát 74573 68 4.2 Sơ Lược Về Cảm Biến Điện Trở 68 4.2.1 Các Dạng Hình Học 68 4.2.2 Điện Trở 69 4.2.3 Con Chaïy 71 4.2.4 Điện Thế Kế Không Dùng Con Chạy Cơ Học 71 4.2.5 Chọn Cảm Biến 72 4.3 Thiết Kế Phần Cứng Đo Và Hiển Thị Góc Quay 73 4.3.1 Cấu Trúc Tổng Quát 73 4.3.2 Khối Xử Lý Trung Taâm 73 4.3.3 Khối Hiển Thị 75 4.3.4 Khối Biến Đổi ADC 77 4.3.5 Kết Nối Và Lập Trình 77 4.4 Động Cơ Tuyến Tính 78 4.4.1 Khái Niệm Về Động Cơ Tuyến Tính 78 4.4.2 Ưu Nhược Điểm Của Động Cơ Tuyến Tính: 79 4.4.3 Chọn Động Cơ Tuyến Tính 80 a Mô Tơ Tuyến Tính Lõi Sắt 81 b Mô Tơ Tuyến Tính Lõi Khí 82 c Motor tuyến tính rãnh 83 4.5 Khái Quát Về Điều Khiển Động Cơ Tuyến Tính 84 4.5.1 Khái Quát Về Các Dạng Điều Khiển 84 a Điều khiển vòng hở 84 b Điều khiển vòng kín 85 c Vòng lặp chuyển tiếp (feed forward) 86 d Chuyeån động nội suy 87 e Chuyển động có nội suy 88 4.5.2 Điều Khiển Động Cơ Tuyến Tính 90 CHƯƠNG V KẾT LUẬN 91 PHỤ LỤC TAØI LIỆU THAM KHẢO Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG \ [ 1.1 XU THẾ PHÁT TRIỂN MÁY CÔNG CỤ 1.1.1 Các Khái Niệm Từ người biết phát minh công cụ lao động để phục vụ cho sống công cụ không ngừng cải tiến cho phù hợp với tình hình xã hội thời kỳ Có thể nói có cách mạng công nghiệp nổ làm thay đổi toàn bộ mặt kinh tế xã hội, sở cho phát triển ngành công nghiệp sau Hiện giới với phát triển công nghệ vũ bảo với khả đoán trước mang lại kết không chối cãi nhiều lónh vực xã hội Đồng thời nhu cầu phát triển xã hội ngày cao tạo sản phẩm có chất lượng cao phục vụ cho sống mà đòi hỏi sản phẩm cần có số tiêu khác thẩm mỹ, kiểu cách chủng loại phong phú, đồng thời phải thích hợp với yêu cầu Với yêu cầu hệ thống sản xuất truyền thống máy công cụ truyền thống đáp ứng mà đòi hỏi phải có hệ thống sản xuất với máy công cụ đại Trong công nghiệp sản xuất nay, máy công cụ đóng vai trò quan trọng Để tăng cạnh tranh công ty, nhiều công ty nghiên cứu máy công cụ, loại máy có độ linh hoạt, độ xác cao, có hiệu sản xuất kinh doanh Máy công cụ truyền thống đáp ứng yêu cầu trên, chúng không đáp ứng tốt yêu cầu tính linh hoạt cao độ xác cao Mặc dù máy động học song song ( Parallel Kinematics Machines_PKM ) xuất thập niên 50, có hạn chế hệ thống điều khiển nên không ứng dụng nhiều sản xuất, thực tế năm 90 áp dụng rộng rãi Máy động học song song có nhiều ưu điểm so với máy công cụ truyền thống robot động học nối tiếp như: độ linh hoạt cao, độ cứng vững độ xác cao Trang Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Máy động học song song thích hợp cho gia công tốc độ cao ( High Speed Machining_HSM ) nhận quan tâm nhiều công nghiệp sản xuất Sự phát triển máy động học song song xem chìa khoá kỹ thuật việc ứng dụng robot công nghiệp tương lai Hiện có ba xu hướng sản xuất đáp ứng nhu cầu xã hội là: Gia công tốc độ cao Hệ thống sản xuất song song Hệ thống sản xuất biến hình 1.1.2 Gia Công ( High Speed Machining_HSM ) Trong thời kỳ phát triển không ngừng kinh tế nói chung phương diện đặc biệt lónh vực khoa học kỹ thuật nói riêng Do nhu cầu đòi hỏi xã hội ngày cao đa dạng mặc khái niệm sản xuất thông thường hay công nghệ truyền thống khó có khả mà đáp ứng kịp thay đổi Cho nên đòi hỏi phải có hệ thống sản xuất nhiều sản phẩm đạt số tiêu chuẩn định mà đòi hỏi sản xuất nhanh chống kịp thời để đáp ứng đầy đủ kịp thời nhu cầu kinh tế đòi hỏi với chi thấp Do người ta phải xây dựng hệ thống sản xuất tốc độ cao mà khái niệm tốc độ cao khả gia công với tốc độ cao khả thao tác trình gia công đòi hỏi với tốc độ cao Mà hệ thống có khả gia công nhanh phương pháp gia công thông thường trước Điều có nghóa rút ngắn thời gian gia công, nâng cao chất lượng gia công đồng thời nâng cao hiệu suất trình gia công Trang Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Ngày nói tới HSM người ta nói tới: Tốc độ cắt cao (Vc) Tốc độ trục gia công cao(n) Tốc độ ăn dao cao(Vf) Khả sản xuất nhanh Gia công tốc độ cao vấn đề ngành khí nước ta đồng thời bất lợi nhà sản xuất mà gia công tốc độ cao Gia công tốc độ cao có nhiều ưu điểm so với gia công truyền thống, nên nắm bắt kỹ thuật lợi lớn kinh doanh nói chung a Các nhân tố gia công tốc độ cao Sự lựa chọn công cụ cắt thích hợp Năng lượng dùng cho máy công cụ Độ cứng máy thiết bị giữ công cụ Các thiết kế trục Cách dẫn động trục có tốc độ cao Mức độ tự động hóa Bảng1.1: So sánh gia công truyền thống với gia công tốc độ cao Gia công truyền thống Tốc độ tối đa 600m/phút Tốc độ gia công thấp Chất làm nguội yêu cầu cao Gia công tốc độ cao Tốc độ ban đầu phải 600m/phút Tốc độ cắt ban đầu cao Không cần chất làm nguội chế độ thấp b Ưu nhược điểm gia công tốc độ cao Ưu điểm: Giảm chi phí thời gian sản xuất Tăng khả gia công lại xác cao Lực cắt giảm đáng kể Chất lượng gia công bề mặt cao giảm gờ bề mặt Linh hoạt để gia công khuôn lớn Tốc độ trục cao lớn 50.000 vòng/phút Các trục X,Y,Z chuyển động qua lại dễ dàng p dụng cho tạo mẫu nhanh Trang Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM b Motor tuyến tính lõi khí Cấu Trúc : Thiết kế xem lõi khí hay lõi phi kim loại, hai dãy nam châm nằm đối nghịch nhau, bắc nam, hình:4.14 Một đệm giữ cho mặt không lại gần Bộ chịu lực gồm rãnh xoắn hàn epoxy Bộ lắp xoắn đặt nhôm, dùng để gắn tải để tải nhiệt Phần xoắn kim loại, nên có tên lõi khí hay phi kim loại, cảm biến nhiệt cảm biến hiệu ứng Hall gắn chịu lực Ưu điểm ♦ Không có lực hút: Vì chịu lực sắt nên lực tác dụng chịu lực ray Điều có nghóa lực tác dụng lên đệm Motor dễ điều khiển cài đặt mà lực hút ♦ Không có ăn khớp: Với chịu lực phi kim loại, loại motor ăn khớp Điều lý tưởng ứng dụng đòi hỏi điều khiển vận tốc xa… Loại motor thường sử dụng việc kết nối với đệm không khí đệm không khí ma sát ♦ Bộ chịu lực có khối lượng nhỏ: Những chịu lực có khối lượng thấp Trong ứng dụng có tải thấp motor có lợi Tăng tốc giảm tốc nhanh thực nhờ khối lượng thấp Nhược điểm : ♦ Giải nhiệt: Vì chịu lực làm từ rãnh xoắn hàn với epoxy, nhiệt khỏi rãnh xoắn cách lên theo chiều xoắn đến đến miếng nhôm gắn đóa tản nhiệt Nhiệt qua khe hở không khí đến ray nam châm, hai đường có độ cản nhiệt cao điều làm cho việc tản nhiệt động gặp khó khăn ♦ Độ cứng vững cấu trúc: Bộ chịu lực làm rãnh xoắn epoxy lực tạo rãnh Điều có nghóa tất lực tác động lên rãnh xoắn epoxy Đây cấu trúc yếu so với lõi thép Điểm yếu giới hạn kích thước lực tối đa ♦ Lực theo kích thước: Do giới hạn nhiệt cấu trúc, lực theo kích thước loại motor nhỏ thêm vào thiết kế hai ray chiếm không gian Đóa chịu lực Trang 84 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Gờ có cấu trúc phi kim loai Nam châm phía Các cảm biến Hall nhiệt đặt bên gắn cuộn dây Đế kim loại hình móng ngựa Hình 4.14: Motor tuyến tính loại lõi khí c Motor tuyến tính rãnh: Motor hoạt động theo nguyên lý motor không rãnh quay phát triển nhiều năm qua Ray giống sử dụng thiết kế lõi thép Đơn giản có đóa kim loại phẳng có nam châm gắn Bộ chịu lực nhất, bắt đầu cuộn xoắn lõi khí, đóa “có đế kim loại” đặt sau cuộn xoắn đặt bên vỏ bọc nhôm có phần mở Các cảm biến nhiệt đặt bên Đế kim loại Cuộn dây Nắp nhôm/vỏ Các cảm biến nhiệt đặt cuộn dây Nam châm hàng đơn Đóa kim loại Hình 4.15: Động tuyến tính rãnh Ưu điểm /nhược điểm : Vì thiết kế không rãnh lai ghép lõi sắt lõi khí, ưu điểm nhược điểm so sánh loại Trang 85 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Ray nam châm giá thấp: Vì giống loại nam châm dùng lõi thép (1 hàng), thiết kế có ray nam châm giá thành rẻ so với lõi khí Ray nam châm khối lượng nhỏ: Vì sử dụng ray nam châm ,khối lượng nhỏ so với lõi khí Bộ chịu lực có cấu trúc mạnh: với thân chịu lực làm nhôm phần xoắn gắn vào vỏ này, chiều dài chịu lực lớn so với lõi khí Vì giảm khả chịu mỏi motor Bộ chịu lực khối lượng thấp: Mặc dù không nhẹ lõi khí thiết kế không rãnh nhẹ so với lõi sắt Sử dụng ứng dụng tải trọng nhẹ Lực hút nhỏ: có phần back iron gây lực hút chịu lực ray, lực hút nhỏ so với lõi sắt Giải nhiệt: Các cuộn dây chạy ngang qua đế kim loại tiếp xúc trực tiếp với vỏ nhôm, chuyền nhiệt tốt dễ kiểm soát Kết luận: Vì đặc thù thiết kế máy khoan tốc độ cao cần lực cao, ta chọn động tuyến tính lõi sắt Hình 5.16 : Một động tuyến tính lõi sắt điển hình 4.5 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 4.5.1 Khái Quát Về Các Dạng Điều Khiển a Điều khiển vòng hở Trang 86 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Điều khiển vòng lặp hở kỹ thuật điều khiển mà không đo tác động lên đầu hệ thống Phần lớn hệ thống áp điện cấu tác động vi bước giá thành rẻ thiết bị vòng hở Bộ định vị trí vòng hở sử dụng điều khiển từ xa cần đạt tránh thiết bị đụng chạm Các động bước vi bước thường dùng vòng hở Số lượng xung cho ta định vị trí tốt biết gia tốc, vận tốc Việc bước thêm bước thường xảy không thiết kế hoàn chỉnh Điều khiển chuyển động vòng hở trở nên phổ biến Những ưu điểm kỹ thuật vi bước kết hợp cấu giảm chấn cải thiện định vị vị trí xác giảm mức độ rung động thiết bị sử dụng động bước Vòng hở đồng nghóa với thô thiển, có nhiều chuyển động đạt sử dụng thiết bị vòng hở rẻ tiền Những chuyển động tăng theo tỷ lệ nanomet đạt cách dùng vòng hở thiết bị điện tử xác Các hệ thống vòng hở đưa xấp xỉ vị trí chuyển động mà không cần dùng encoder Trong trường hợp thiết bị piezo, điện áp sử dụng vị trí Tuy nhiên mối liên hệ chúng mơ hồ tượng trễ không tuyến tính vật liệu piezo Các vật liệu điện tử xác phát triển gần hoạt động tương tự làm giảm tính trễ nhiều b Điều khiển vòng kín Vòng kín kỹ thuật đo đầu hệ thống so sánh với đầu vào mong muốn điều chỉnh để đạt kết mong muốn Cơ cấu hồi tiếp điện tử hệ thống vòng kín làm tăng khả điều chỉnh vị trí di chuyển tải Kỹ thuật điều khiển vòng kín dựa tín hiệu hồi tiếp xử lý điều khiển Loại hồi tiếp đơn giản điều khiển tỷ lệ, loại khác điều khiển tích phân vi phân Kết hợp loại điều khiển trở thành điều khiển PID cho kết tôát Điều khiển tỷ lệ: Một kỹ thuật điều khiển mà nhân tín hiệu sai số ( khác vị trí thực vị trí mong muốn ) với hệ số xác định người dùng Kp sử dụng để điều chỉnh tín hiệu cho hệ thống chuyển động Kết dùng để phóng đại sai số tác động lại để điều chỉnh Thay đổi vị trí nói chung tìm thấy trình tăng tốc di chuyển thay đổi vận tốc xuất hệ thống trình chuyển động Khi Kp tăng lên, sai số hiệu chỉnh nhanh Tuy nhiên Kp lớn cấu khí trở nên vượt sức chịu đựng thời điểm dao động trở nên ổn định Kp triệt tiêu hoàn Trang 87 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM toàn sai số; nhiên sai số e tiến 0, yếu tố điều chỉnh tỷ lệ, Kpe biến Những kết tính sai số hệ thống Điều khiển tích phân: Kỹ thuật điều khiển mà thu thập tín hiệu sai số theo thời gian nhân với tổng hệ số Ki dùng kết tín hiệu điều chỉnh hệ thống chuyển động Vì kỹ thuật tác động vào sai số cũ, hệ số điều chỉnh không sai số theo e Nhưng độ lợi tích phân có mặt trái khác hệ số làm ổn định cho vòng điều khiển Độ lợi tích phân lớn gay dao động dội cho hệ thống Độ lợi tích phân cho vòng điều khiển giới hạn giới hạn bão hoà tích phân Ks Điều khiển vi phân: Kỹ thuật điều khiển mà nhân tỷ lệ thay đổi tín hiệu sai số theo nhân tố độ lợi Kd sử dụng kết tín hiệu điều chỉnh chuyển động hệ thống Vì loại điều khiển tác động để ổn định đáp ứng thời hệ thống xem giảm chấn điện tử Tăng giá trị Kd tăng ổn định hệ thống Điều khiển PID: Là kết hợp điều khiển tỷ lệ, tích phân vi phân Đối với hệ thống chuyển động, vòng lặp PID trở nên giải thuật điều khiển thông dụng (hình 5.11) Các yếu tố hồi tiếp ảnh hưởng qua lại cách ảnh hưởng chúng để điều chỉnh hệ thống chuyển động Thực tối ưu hoá hệ thống đòi hỏi hệ số Kp,Ki,Kd điều chỉnh đưa kết hợp cấu chuyển động tính ì tải Hình 4.17 :Thực điều khiển PID dùng hồi tiếp vị trí c Vòng lặp chuyển tiếp (feed forward) Trang 88 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khi sử dụng giải thuật điều khiển PID, sai số vị trí mong muốn vị trí thực phải có để tạo đầu vào xác, quan hệ có số sai số theo sau không Mục tiêu sử dụng vòng chuyển tiếp giảm tối đa sai số theo sau Việc sử dụng vòng chuyển tiếp nhằm đưa hệ thống hoạt động để cập nhật sửa chữa dựa đánh giá (hình4.18) Hình 4.18 : Thêm vòng lặp chuyển tiếp vào điều khiển PID giảm sai số theo sau tăng hiệu suất toàn hệ thống Các điều chỉnh thực cách nhân vận tốc mong muốn với hệ số độ lợi vận tốc chuyển tiếp Vf Kỹ thuật tương tự thực cho tín hiệu điều chỉnh gia tốc chuyển tiếp Sự điều chỉnh sử dụng để giảm sai số theo sau trung bình trình tăng tốc giảm tốc Kết hợp kỹ thuật chuyển tiếp với PID cho phép vòng lặp PID sửa đổi cho sai số dư lại sau vòng lặp chuyển tiếp cải thiện đáp ứng hệ thống d Chuyển động nội suy Có loại chuyển động không nội suy: chuyển động đơn trục, chuyển động đồng thời chuyển động không đồng thời Chuyển động đồng thời không đồng thời chuyển động nhiều trục ( hình 4.19) Trang 89 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Tốc độ trục Luận Văn Cao Học Tốc độ trục Thời gian Thời gian Hình 4.19: Với chuyển động đồng thời nhiều trục không chuyển động e Chuyển động có nội suy Khi tải điều khiển phải theo sau đường dẫn riêng biệt từ điểm đầu đến điểm kết thúc Sự kết hợp chuyển động trục gọi nội suy Có loại nội suy : tuyến tính nội suy theo đường tròn Nội suy tuyến tính: Nội suy tuyến tính đòi hỏi cho chuyển động nhiều trục từ điểm đến điểm khác theo đường thẳng Bộ điều khiển phải xác định tốc độ trục cho chuyển động kết hợp với Nội suy tuyến tính đòi hỏi khả điều chỉnh gia tốc Một số điều khiển xấp xỉ nội suy tuyến tính dùng phương pháp tiền tính toán gia tốc.( hình 4.20) Hình 4.20 Trang 90 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Nội suy đường tròn: Nội suy đường tròn khả di chuyển tải theo quỹ đạo tròn, đòi hỏi điều khiển phải điều chỉnh gia tốc quỹ đạo Hình 4.21: Nội suy đường tròn đơn giản Hình 5.22 Để có khả điều khiển nội suy đường tròn thật,Bộ điều khiển phải điều chỉnh gia tốc quỹ đạo Trang 91 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM 4.6 Điều Khiển Động Cơ Tuyến Tính Động tuyến tính đòi hỏi xác vị trí mà xác vận tốc gia tốc Sơ đồ khối điều khiển động tuyến tính cho hình sau Sơ đồ điều khiển động bước tuyến tính vòng lặp hở : Lệnh thi hành Chỉ mục Đường bước nhỏ Chuyểngđộng Động tuyến tính Lệnh điều khiển chuyển động đưa vào phần mục lục chuyển đến trình điều khiển vi bước để điều khiển động bước tuyến tính chuyển động Động bước tuyến tính vòng kín: Bộ điều khiển Trình điều khiển vi bước + Động bước tuyến tính Chuyển động - Cảm biến xác định vị trí (encoder) Tín hiệu vị trí Hồi tiếp Lệnh đưa vào điều khiển chuyển đến động bước tuyến tính để chuyển động đồng thời cấu tác động có gắn cảm biển định vị xuất tín hiệu phản hồi để giúp cho điều khiển so sánh vị trí với vị trí cài đặt để từ điều khiển cho thích hợp Động tuyến tính AC/DC vòng kín Bộ điều khiển ± 10V Điều khiển Bộ mã hoá Động tuyến tính Chuyển động Hồi tiếp Tín hiệu vị trí Trang 92 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Vì đòi hỏi xác vị trí vận tốc gia tốc nên điều khiển vòng kín có ưu Vì ta sử dụng động tuyến tính loại AC (vì nguồn điện phổ biến công nghiệp) nên ta chọn sơ đồ khối điều khiển động tuyến tính AC vòng kín Vì thời gian eo hẹp nên nói sơ qua thiết bị cần thiết cho điều khiển động tuyến tính Các thiết bị : Bộ mã hoá : thiết bị hồi tiếp vị trí có đầu tín hiệu tương tự hay tín hiệu số tương ứng với vị trí động tuyến tính Cảm biến hiệu ứng Hall : chip bán dẫn cảm nhận dòng từ tính thay đổi qua nam châm.Bình thường cảm biến hiệu ứng Hall sử dụng để đảo mạch động tuyến tính không chổi quét Bộ điều khiển lặp trình : trung tâm điều khiển động tuyến tính điều khiển náy nối với máy tính cổng giao tiếp RS-232C RS-485 lặp trình mã ASCII Các công tắc định vị chuẩn home limit: để động tuyến tính xác định giới hạn hoạt động chúng Nguyên tắc điều khiển : động tuyến tính điều khiển thông qua việc lặp trình máy tính đổ chương trình lên điều khiển [ \ Trang 93 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CHƯƠNG V KẾT LUẬN [ \ Qua trình nghiên cứu lý thuyết thực số thử nghiệm phạm vi đề tài đề ra, xin có số kết luận phương hướng phát triển đề tài sau: Kết Luận Về mặt xây dựng sở lý thuyết, đề tài cố gắng đưa sở hệ thống sản xuất đại ¾ Đưa xu hướng phát triển hệ thống sản xuất nhu cầu sản xuất tương lai ¾ Phân tích quy trình thiết kế máy động học song song đưa số phương án cho đề tài ¾ Nghiên cứu tính chất máy công cụ mang tính chiến lược máy công cụ biến hình máy công cụ trở thành vấn đề quan tâm vài thập kỹ tới Về mặt thiết kế kế cấu, đưa phương án cho máy khoan sở nguyên lý hoạt động hệ thống khả chế tạo Mỗi phương án thể ưu nhược điểm riêng mặt chế tạo độ cứng vững máy, ảnh hưởng nhiều đến đặc tính động học độ xác hệ thống Về mặt chế tạo mô hình có khó khăn khách quan chủ quan xây dựng mô hình để thể nguyên lý hoạt động máy không tính đến độ xác máy Đối với vấn đề điều khiển trình bày nội dung luận văn Trang 94 Luận Văn Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Hướng Phát Triển Đề Tài Trên sở nghiên cứu trình thiết kế, chế tạo mô trình giải thuật điều khiển, xin đề nghị phát triển đề tài: Về mặt lý thuyết ¾ Giải thuật nội suy mô trình gia công máy ¾ Xây dựng mô hình xác định sai số máy khả nâng cao độ xác máy ¾ Nghiên cứu phương pháp nhằm tối ưu hoá điều khiển song song cấu chấp hành máy Về mặt thiết kế chế tạo mô hình Nâng cao độ xác mô hình phương pháp: ¾ Sử dụng sensor động tốc độ cao để phản hồi lực cắt ¾ Sử dụng encoder để tăng độ xác gia công ¾ Giảm thiểu độ rơ khớp trục vitme ¾ Nâng cao công suất động sử dụng động servo, động tuyến tính từ có khả điều khiển vị trí xác cao Về giải thuật chương trình: ¾ Tiếp tục nâng cao tính linh hoạt chương trình khả xử lý vẽ CAD 3D ¾ Xây dựng giải thuật cho phép liên kết với phần mềm CAD khác Pro-Engineer, 3D Max, Cimatron \ [ Trang 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO \ [ [1] Yoram Koren, Center Director A Galip Ulsoy, Center Deputy Director University of Michigan College of Engineering “ Reconfigurable Machining Systems” [2] Reuven Katz, Zhi Li ( The Universuty of Michigan, USA ), Francois Pierrot (The University of Montpellier, LIRMM.FRANCE ) “Conceptual Design of a High Speed Drilling Machine based on PKM Modul”, ERC/RMS Report #37.27/3/2002, College of Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor [3] Albert J Wavering, Intelligent Systems Division,National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, MD 20899, U.S.A “Parallel Kinematic Machine Research at NIST Past, Present, and Future” [4] Jonas Assarsson “ Simulation and Analysis of Parallel Kinematic Machines ”, Division of Robotics, Department of Mechanical Engineering, Lund University, P.O Box 118, SE-221 00 Lund, Sweden [5] Dr.Zhe Li_Assistant Research Scientist, Prof.Y.Yoren_Director of Engineering Research Center, “ Introduction to Parallel Kinematic Machines ”, January, 2002 [6] Lê Hoài Quốc, “ Người Máy Công Nghiệp”, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh 2000 [7] TS Nguyễn Hữu Lộc, TS Nguyễn Tuấn Kiệt, Th.s Phan Tấn Tùng, TS Nguyễn Thanh Nam, “ Cơ Sở Thiết Kế Máy Phần I”, Trường đại học Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 1997 [8] Trần Doãn Sơn, Hồ Đắc Thọ, Lê Q Đức, Phùng Chân Thành, Đặng Văn Nghìn, Nguyễn Văn Chung “ Cơ Sở Công Nghệ Chế Tạo Máy”, Trường Đại Học Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh [9] Lê Hoàng Tuấn, “ Sức Bền Vật Liệu I, II ”, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật 1998 [10] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, “ Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập I II”, Nhà Xuất Bản Giáo Dục 2000 [11] Nguyễn Hữu Lộc, “ Thiết Kế Cơ Khí Với Autocad Mechanical 2000”, Nhà Xuất Bản Thành Phố Hồ Chí Minh 2000 [12] Nguyễn Hữu Lộc, “Thiết Kế Mô Hình 3D Với Autocad ” Nhà Xuất Bản Thành Phố Hồ Chí Minh [13] Lại Khắc Liễm, “ Giáo Trình Cơ Học Máy ”, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Năm 1998 [14] Nguyễn Công Bình, “ 3D Studio Max Kỹ Xảo Hoạt Hình” , Nhà Xuất Bản Trẻ, Năm 2000 [15] Phan Đình Huấn “ Hướng Dẫn Sử Dụng Phần Mềm Phần Tử Hữu Hạn RDM ”, Đại Học Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 1998 [16] Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến, “ Giáo Trình Cảm Biến”, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật [17] Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử,“ Hướng Dẫn Thí Nghiệm Vi Xử Lý ”, Đại Học Kỹ Thuật Tp HCM, Khoa Điện –Điện Tử 9/1999 [18] Tủ Sách Kỹ Thuật Điện “ Kỹ Thuật Điều Khiển ”, Nhà Xuất Bản Lao Động – Xã Hội 2001 [19] PARKER Các Phần Mềm Sử Dụng : Deflection Ver 2.02 ( Tính bền nhôm định hình ) 3D Studio Max Ver 3.0 ( Mô chuyển động ) RDM ( Tính toán dầm khung ) Các Website Tiêu Biểu: - www.erc.engin.umich.edu - www.enineertalk.com - www.controleeng.com - www.baldor.com - www.space.mech.tohoku.ac.jp ... 2.2.1 Động Học Song Song Động học máy giải vấn đề chuyển động máy dựa hình dạng hình học khâu Phân tích động học thực mà không quan tâm đến lực moment xoắn sinh chuyển động Nghiên cứu động học máy. .. niệm ban đầu máy động học song song mà nguồn gốc máy động học song song có từ việc ứng dụng nguyên lý Stewart 2.1.1 Khái Niệm Máy động học song song máy có chu trình kín phận tác động cuối (mobile... thiết kế mô hình máy khoan tốc độ cao dựa vào máy động học song song Đề tài giải số nội dung: giới thiệu tổng quan máy động học song song, quy trình thiết kế máy động học song song đồng thời đưa