Tài liệu Báo cáo thực tập tốt nghiệp – CNC pptx

- 1 - Báo cáo thực tập tốt nghiệp – CNC Tổng quan CNC 1.1) Khái niện máy Cnc Cnc là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng máy tính Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chương trình đã được lập trình sẳn để gia công các chi tiết. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, Máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy, Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, n ội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nà. Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. 1.2)Đặc điểm cấu trúc của máy công cụ điều khiển CNC. Đặc điểm của các động cơ truyền động Truyền động chính: Độ ng cơ chính thường dùng động cơ dòng một chiều hoặc dòng điện xoay chiều. Truyền động chạy dao: Động cơ dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều với bộ vitme/đai ốc/ bi cho từng trục, chạy dao độc lập X, Y, Z. Thường sử dụng động cơ dòng một chiều có đặc tính động học tốt cho các quá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chính xác điều ch ỉnh cao cho những đoạn đường chuyển chính xác. Bộ víme/đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và không có khe hở khi truyền với tốc độ cao. Để có thể dịch chuyển chính xác trên các biên dạng, các trục truyền dẫn không được phép có khe hở và cũng không được phép có hiệu ứng stick-slip(hiện tượng trượt lùi do lực cản ma sát). Bộ vítme/ đai ốc/ bi là giải pháp kỹ thuật đảm bảo được yêu cầu đó. Phương thức tác dụng của vítme/ đai ốc/ bi: - 2 - Các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy. nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài giữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đối ngược. Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này, bước nâng của rãnh vít trên trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau. Việc dẫn bi hồi rãnh được thực hiện nh ờ các rãnh dẫn hướng bố trí bên trong hoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài trục. Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm. 1.3 ) hệ toạ Sử DụNG TRONG MáY CNC 1.3.1 hệ toạ độ vuông góc Các điểm mà dao cắt đi tới trong khi gia công được xác định trong một chương trình. Để mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, ta dùng một hệ toạ độ. Nó bao gồm ba trục vuông gố c với nhau cũng cắt nhau tại điểm 0. Trong hệ toạ độ này có các trục X, Y, và Z. Với một hệ trục toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng được xác định thông qua các toạ độ của nó. Hệ toạ độ máy do nhà chế tạo máy xác đinh, thông thường nó không thể bị thay đổi. Trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị. Trên máy phay nó nằm song song với bàn máy(bàn kẹp chi tiết). Tr ục Y là trục thứ hai trong mặt phẳng định vị. Nó nằm trên mặt nắp máy và vuông góc với bàn máy. Trục Z luôn luôn trùng với trục truyền động chính. Trục này được nhà chế tạo xác định. Chiều dương của trục Z chạy từ chi tiết hướng đến dao cắt. Điều đó có nghĩa là trong chuyển động theo chiều âm của trục Z, dao cắt sẽ đi tới bề mặt chi tiết. Để xác đị nh nhanh chiều của các trục, dùng luật bàn tay phải: ta đặt ngón giữa của bàn tay phải theo chiều của trục Z thì ngón tay cái sẽ trỏ theo chiều trục X và ngón tay trỏ sẽ chỉ theo chiều Y. Hệ toạ độ cơ bản đựơc gắn liền với chi tiết. Bởi vậy khi ta lập trình ta phải luôn luôn xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyển động. Điều đó có nghĩa là : Khi cắ t phay, rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhưng để đơn giản cho việc lập trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn dao cắt thì dịch chuyển. Ta gọi đó là chuyển động tương đối của dao cụ. Để mô tả đường dịch chuyển dao(các dữ liệu toạ độ) trên một số máy CNC có cả hai khả năng. 1.3.1.1 Dùng toạ độ Đề các. - 3 - Khi dùng dữ liệu toạ độ Đề các, ta đưa ra các khoảng cách đo song song với các trục từ một điểm tới một điểm khác. Các khoảng cách theo chiều dương của trục có kèm theo dấu dương(+) phía trước. Các khoảng cách theo chiều âm của trục có kèm theo dấu âm(-) phía trước. Các số đo có thể đưa ra theo hai phương thức: Đo tuyệt đối : Với các số đo tuyệt đối, ta đưa ra toạ độ của các điểm đích tính từ một điểm cố định trong vùng làm việc. Nghĩa là trong mỗi chuyển động đều xác định, dao cắt phải dịch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối. Đo theo kích thước : Với các số đo theo chuỗi kích thước, ta đưa ra toạ độ của các điểm đích tính từ m ỗi điểm dừng lại của dao cắt sau một vệt cắt. Nghĩa là trong mỗi chuyến đều đưa ra số liệu dao cần được dịch chuyển tiếp một lượng là bao nhiêu nữa theo từng trục toạ độ. 1.3.1.2 Dùng toạ độ cực Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ toạ độ cực, ta đưa ra vị trí của một điểm không qua khoảng cách và góc so với m ột trục cơ sở Các toạ độ cực chỉ có thể đo trên mặt phẳng chính. Trong phạm vi của một hệ toạ độ cực có ba mặt phẳng chính. Từ ba trục X, Y và Z của hệ thống sẽ có ba bề mặt kẹp, đó là : mặt X/Y; mặt X/Z và mặt Y/Z 1.3.2 Những điểm quan trọng trong một hệ toạ độ Điểm chuẩn của máy M: là điể m gốc M của hệ toạ độ máy Điểm W chi tiết: là điểm gốc 0 của hệ toạ độ chi tiết, nó đựoc giữ cố định cho một chi tiết. Điểm chuẩn của dao P: là điểm gôc của hệ toạ độ gắn trên dao cắt. Điểm 0 lập trình: là điểm gốc 0, từ đó xác định các dữ liệu cập nhập trong m ột chương trình. Điểm này có thể thay đổi - 4 - thông qua lệnh chuyển điểm 0. 1.4) Quan hệ giữa các trục toạ độ: Khi gia công trên các máy CNC người ta có thể chia các hệ trục toạ độ thành 3 loại: hệ trục toạ đọ máy, hệ trục toạ độ chi tiết và hệ trục toạ độ của dao. Từ hệ trục toạ độ của máy có điểm gốc M ta có thể biểu diễn được hệ toạ độ của chi tiết và hệ toạ độ của dao bằng các phép dịch chuyển tịnh tiến hay các phép quay. Nhờ đó ta có thể xác định đựơc vị trị của điểm trên chi tiết cần gia công cũng như vị trị dao để gia công chi tiết. 1.5 ) Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC. Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, .v.v… Do đó các d ạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành: điều khiển điểm- điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo biên dạng. a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren. ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đế n các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới đích dao bắt đầu gia công. truờng hợp này quỹ đạo của chuyển động dao là không quan trọng, điều quan trọng là vị trí gia công đạt đến phải chính xác. b) Điều khiển theo đường thẳng. Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Khi thực hiện gia công các chuyển động theo các trục toạ độ là độc lập không có quan hệ rằng buộc nào với trục khác. c) Điều khiển biên dạng. Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy trên nhiều trục cùng một lúc. Trong trường hợp này cả hai trục để tạo ra một dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong. ở đây theo các trục có quan hệ hàm số ràng buộc với nhau. - 5 - Phần II Giới thiệu cnc cyber-mill Cyber- mill là máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có mô hình như sau: Các bộ phận Truyền động: - 6 - Động cơ một chiều có mang dao phay đường kính dao 3mm. Chuyển động ăn dao: Chuyển động ăn dao được thực hiện nhờ ba động cơ bước hoạt động độc lập nhau mỗi động cơ loại nguồn 2A-5V và bộ Vitme/ đaiốc. Mỗi động cơ bước thực hiện điều khiển chuyển động theo một trục nhất định trong hệ toạ độ Đề các(X,Y,Z). Bộ truyền động được sử dụng là Vitme/đai ốc. Chiều dài Vít me trục Z là 210 mm. Chiều dài Vitme trục X là 380 mm. Chiều dài Vitme trục Y là 210 mm. Khoảng cách các răng trên Vitme là 3mm/răng Độ rộng mỗi răng là 1mm. đường kính Vitme la 12mm. Không gian làm việc : 20x40( mm x mm). Đầu Vitme được nối với trục của động cơ bước thực hiện biến đổi chuyển động quay tròn của động cơ bước thành chuyển động thẳng của v ật mang chi tiết. Đầu còn lại của Vitme được gá vào khung đỡ. ở giữa của Vitme đựơc gá vào đaiốc để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Tính toán chuyển động: Động cơ bước có số bước 200 bước/ vòng. Do đó để thực hiện chuyển động một khoảng L theo một trục nào đó của vật mang chi tiết thì số vòng quay phải thự c hiện sẽ là L/3. Khi đó số xung cân cấp cho động cơ bứơc sẽ là 200 .L/3. Việc tính toán điều khiển chuyển động động cơ bước sẽ được thực hiện bằng máy tín. Việc thực hiện điều khiển chuyển động của động cơ bước được thiết kế như phần IV dưới đây. - 7 - PHần IIi động cơ bước I. Giới thiệu động cơ bước 1. Khái quát về động cơ bước Các hệ truyền động rời rạc thường được thực hiện nhờ động cơ chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bước. Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạ ng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto và có khả năng cố định rôto vào những vị trí cần thiết. Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay củ a rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của tôto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato(phần ứng) của động cơ bước thì rôto(phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của độ ng cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì rôto sẽ quay liên tục.(Thực chất là chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc). Về cấu tạo, động cơ bước có thể coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ. Trong khi động cơ một chiều không tiếp xúc có rôto thường là một nam châm vĩnh cửu(số đôi cực 2p=2) và cần có cảm biến vị trí rôto thì động - 8 - cơ bước có rôto dạng cực lồi gồm nhiều răng cách đều cấu thành các cặp nam châm N-S xen kẽ nhau để tạo ra số cặp cực 2p lớn hơn và không cần phải có bộ cảm biến vị trí rôto. Động cơ bước vì từ trường quay không liên tục do các xung điện cấp vào rời rạc nên rôto quay theo các bước. Cũng giống như động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ, động cơ bước có các bối dây tạo thành các pha trên stato, đồng thời trên cả rôto và stato đều có các răng để tạo thành các cặp cực và các nam châm điện. Nhưng động cơ đồng bộ gảim tốc có các cuộn kích thích và cần phải có dòng điện kích thích để khởi động, còn động cơ bước không cần yếu tố này. Mặt khác Có thể cói động cơ bước là linh kiện số mà ở đó các thông tin số hoá đ ã thiết lập sẽ được chuyển thành chuyển động quay theo từng bước. Động cơ bước sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã số hoá này máy tính yêu cầu Mô hình số hoá động cơ bước. 2. Nguyên lý hoạt động. Rô to động cơ bước không có cuộn dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số. Rôto của động cơ bước có thể được kích thích(rôto tích cực) ho ặc không được kích thích(rôto thụ động). Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực hoặc xung 2 cực Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây stato theo từng cuộn dây riêng lẽ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số và chiều của lực điện từ tổng F của động cơ và do đó vị trí của rôto trong không gian hoàn toàn phụ thuộc voà phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây. Thực tế để tăng cường lực điện từ tổng của stato và do đó tăng từ thông và mômen đồng bộ, người ta thường cấp điện đồng thời cho hai,ba hoặc nhiều cuộn dây. Lúc đó rôto của động cơ bước sẽ có vị trí cân bằng(ổn định - 9 - ) trung với vectơ lực điện từ tổng F. Đồng thời lực điện từ tổng F cũng có giá trị lớn hơn lực điện từ thành phần của các cuộn dây stato. Khi cấp điện cho một số chẵn cuộn dây hoặc cho một số lẽ cuộn dây rôto của động cơ bước sẽ có m vị trí cân bằng. góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếp c ủa rôto bằng 2π/m - Trường hợp này gọi là điều khiển cả bước hay điều khiển đối xứng. Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây, có nghĩa là số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ và từ lẻ sang chẵn thì số vị trí cân bằ ng của rôto sẽ tăng lên gấp đôi là 2m. độ lớn của một bước sẽ giảm đi một nửa bằng 2π/2m – Trường hợp này gọi là điều khiển nửa bước hay điều khiển không đối xứng. Ta có thế tính số bước quay của rôto trong khoảng 0÷360 0 là: K= m.n 1 .n 2 .p, Trong đó: p: số đôi cực của rôto; m: số cuộn dây điều khiển trên stato(số pha); n 1 : hệ số, n 1 =1 ứng với điều khiển đối xứng; n 2 =2 ứng với điều khiển khôngđối xứng; n 2 : hệ số, n 2 =1 điều khiển bằng xung 1 cực; n 2 =2 điều khiển bằng xugn 2 cực. Bước quay của rôto trong không gian là α=360 0 /K. 3.) mômen đồng bộ và trạng thái ổn định của động cơ bước. Biểu thức mômen đồng bộ tĩnh của động cơ bước khác với biểu thức mômen đồng bộ của động cơ đồng bộ thường có cùng cấu trúc. Sự khác nhau đó là do động cơ bước được cấp bởi dòng điện một chiều, chứ không phải dòng điện xoay chiều. Trong động cơ được cấp bởi nguồn một chiều, sau quá trình quá độ, dòng điện trong các cuộn stato là hằng số I=U/r s =Const. Từ thông mà nó sinh ra tác động vào cặp cực của rôto: φ=B.S.cosα=B.S.sinθ trong đó: B là cường độ từ trường do dòng điện I sinh ra trong cuộn dây có điện cảm L; S là tiết diện vuông gốc của cặp cực; α là góc giữa trục cặp cực với trục của cuộn dây pha; θ là góc giữa trục cặp cực và đường vuông góc với trục của cuộn dây pha; - 10 - Do θ thay đổi nên từ dẫn dọc theo đường đi của từ thông thay đổi theo, làm cho từ thông thay đổi trong một giới hạn rộng. Nếu viết biểu thức φ dưới dạng: φ =L.I (L là điện cảm). Do sự thay đổi của góc φ cùng với sự thay đổi của khe hở không khí giữa các răng của stato và rôto làm cho điện cảm L thay đổi theo dẫn đến từ thông φ và do đó mômen của động cơ thay đổi. Mômen đồng bộ tĩnh của động cơ bước khi stato và rôto có răng và được kích thích, có thể viết dưới dạng tổng quát của 3 mômen quay: M(θ)=M S +M R +M SR = C M .I S .(dL S /dθ)+C M .I R .(dL R /dθ)+2.C M (dL RS /dθ) Trong đó: I S , I R , L S (θ), L R (θ), L SR (θ) là các giá trị xác lập tương ứng dòng điện, điện cảm và hổ cảm của stato(S) và rôto(R); C M là hằng số, phụ thuộc vào cấu tạo của từng loại động cơ. Mômen M S được hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đường đi của từ thông stato được kích thích bởi dòng điện I S . M R được hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đường đi của từ thông rôto được kích thích bởi dòng điện I R . M SR được hình thành do sự thay đổi hỗ cảm giữa stato và rôto được kích thích bởi dòng điện I S và I R . Hiện nay, phần lớn các động cơ bước đều có cấu tạo rôto không có cuộn kích thích. Do đó biểu thức mômen có dạng đơn giản sau: M(θ)=C M .I S .(dL S /dθ). Quan hệ giữa mômen với góc quay θ thường là không hình sin do ảnh hưởng của cấu trúc răng và cấu trúc cực lồi của stato và rôto, cũng như do xung điện áp cấp vào có dạng xung vuông là tổng của các thành phần điều hoà. Quan hệ của mômen M=f(θ) là dường cong có dạng như sau: π đường cong mômen của động cơ bước theo gốc quay θ [...]... rằng sự chuyển bước của rôto chỉ thực hiện được trong điều kiện nhất định, khi mà sự dịch chuyển của lực điện từ F đi một góc α không làm cho động cơ rơi vào vùng mất ổn định của đặc tính góc M=f(θ) Nếu như góc α qua lớn thì rôto rời vào vùng mất ổn định,không bám theo được từ trường và động cơ bị mất bước Trong trường hợp tổng quát, để động cơ không bị mất bước cần thực hiện điều kiện sau: MC . - 1 - Báo cáo thực tập tốt nghiệp – CNC Tổng quan CNC 1.1) Khái niện máy Cnc Cnc là viết tắt của Computer Numerical Control:. công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, n ội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nà. Máy CNC cũng