Dự đoán Đường Chạy Dao Thực Tế và Cải Thiện Độ Chính Xác Đường Chạy Dao Bằng Cách Xác Định Đặc Điểm Kiểm Soát Gia Tốc Trong Gia Công CNC

Giới thiệu chung về gia công bằng máy điều khiển số (CNC)

- Hiện tại và tương lai: Công nghệ CNC tiếp tục phát triển với các cải tiến vượt bậc như hệ thống điều khiển thông minh, tích hợp trí tuệ nhân tạo và khả năng kết nối mạng. Sự phổ biến và tiếp tục phát triển của máy gia công CNC đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất, chất lượng và độ chính xác của quá trình sản xuất, đồng thời giảm thời gian và công sức lao động.

Phân loại công nghệ CNC

Ngoài ra, tích hợp các công nghệ như tự động hóa, robot hợp tác và hệ thống quản lý dữ liệu cũng đang dần trở thành xu hướng trong lĩnh vực gia công CNC. - Các máy sử dụng máy tính để tạo các đường chạy theo ý muốn: đó là các máy trong quá trình làm việc có khả năng dịch chuyển theo các trục khác nhau liên tục theo thiết kế của nhân viên thiết kế.

Giới thiệu về tính năng kiểm soát đường chạy dao có độ chính xác cao của máy CNC

Khi gia công bằng máy công cụ điều khiển số (computer numerical control: CNC), vận tốc chạy dao và đường chạy dao thực tế có sự sai khác so với giá trị lập trình do đặc tính điều khiển tăng/giảm tốc độ (Acceleration/Deceleration: Acc/Dec) của máy công cụ. Đặc biệt, các máy công cụ mới nhất hiện nay đã được trang bị chức năng kiểm soát đường chạy dao có độ chính xác cao: Artificial Intelligence highprecision contour control function của FANUC (AI), hoặc Geometric Intelligence (GI) trên các máy công cụ của hãng MAKINO.

Xác định mục tiêu, đối tượng, nội dung và kết quả dự kiến Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu này được giới hạn với điều khiển hai trục trong mặt phẳng XY, tuy nhiên việc áp dụng cho nhiều trục vẫn tương tự. - Dự đoán sai số gia công dựa trên quá trình tính toán biến dạng dao có xem xét sự thay đổi tốc độ tiến dao thực tế.

Cơ sở lý thuyết tính toán động học, động lực học & phân tích cơ cấu

Định luật I Newton: Vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì vật giữ nguyên trạng thái (đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều). Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Cơ sở lý thuyết phương pháp điều khiển công nghệ

- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiều từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp vơi điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. - Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thông thường, nhưng có một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy. - Điểm không của dao E, điểm cắt của dao P: Để điều khiển lưỡi cắt của dao dịch chuyển theo quỹ đạo gia công đảm bảo chính xác cần phải có điểm gốc đó là điểm không của dao hay còn gọi là điểm kiểm tra dụng cụ E (hình 2.6).

+ Phần thân của chương trình : Bao gồm một dãy các khối lệnh về gia công và các chế độ gia công chứa các thông tin về hình học (mã hoá Gcode) và các thông tin về công nghệ (F, S, M chọn dao chọn chế độ cắt Va, Vc điều khiển máy và các chức năng phụ).

PHƯƠNG PHÁP Mễ HèNH HểA SỰ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ TIẾN DAO

Các thay đổi của đường chạy dao có liên quan đến tốc độ tiến dao

Trong trường hợp này, thời gian ở trạng thái tăng/giảm tốc không đổi trở thành giá trị cài đặt của thông số 1772 và giá trị của gia tốc ở trạng thái tăng/giảm tốc không đổi trở thành giá trị đặt của thông số 1660. Như được thể hiện trong Hình 3.4, thời gian đáp ứng được cung cấp và tốc độ tiến dao được xác định. Sau đó, mô hình hóa tốc độ tiến dao không sử dụng chức năng kiểm soát đường biên dạng có độ chính xác cao được mô tả.

Thời gian cần thiết để thay đổi chênh lệch tốc độ này được xác định bởi giá trị của thông số 1622.

DỰ ĐOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ĐƯỜNG CHẠY DAO

Dự đoán đường chạy dao qua các thông số thiết lập điều khiển trên máy CNC Đường chạy dao dự đoán được tính toán dựa trên phương pháp mô hình hóa tốc độ

Nghiên cứu này xây dựng mô hình dự đoán tốc độ chạy dao thực tế, đồng thời dự đoán được đường chạy dao thực tế của máy công cụ. Mô hình dự đoán được xây dựng trên máy CNC với hệ điều khiển FANUC 30i/31i, với việc sử dụng và không sử dụng tính năng điều khiển biên dạng độ chính xác cao AI (FANUC AI high-accuracy contour control function). Quá trình điều khiển tăng/giảm tốc giữa các trục của máy công cụ với hệ điều khiển FANUC được quy định bởi các thông số thiết lập của động cơ servo.

Trên cơ sở này, mô hình dự đoán tốc độ tiến dao thực tế và đường chạy dao thực tế được đưa ra thông qua việc xác định đặc tính điều khiển tăng/giảm tốc này.

Ghi kết quả thực nghiệm bằng phần mềm FANUC SERVO GUIDE 1. Phần mềm Fanuc Servo Guide

Ý tưởng này hứa hẹn là một cách tiếp cận mới và hiệu quả cho quá trình dự đoán sai số gia công trong gia công CNC. Nhờ sự hướng dẫn và giúp đỡ của Thầy Thân Trọng Khánh Đạt, học viên được sử dụng phần mềm có bản quyền để có thể ghi lại được chạy dao và tốc độ của dao trong quá trình thực nghiệm. Sau khi phần mềm được cài đặt trên máy tính, máy tính có thể kết nối được với bộ điều khiển Fanuc Servo Guide qua Ethernet.

Phương thức truyền thông giao tiếp của Phần mềm Fanuc Servo Guide Dây mạng LAN là thiết bị được sử dụng để kết nối giữa máy tính đã cài đặt phần mềm và bộ điều khiển Fanuc.

Đánh giá đường chạy dao sau khi thực nghiệm

Kết quả ghi nhận được bằng đồ thị trên phần mềm Fanuc Servo Guide Sau khi xuất dữ liệu và xử lý các số liệu, có thể so sánh được đường chạy dao khi có và không có chế độ AI. Từ hình 4.14 có thể quan sát thấy quỹ đạo hai đường chạy dao gần như trùng khớp với nhau và sai số đường bao ở góc xấp xỉ gần 3μm. So sánh đường chạy dao dự đoán và thực nghiệm với chức năng AI Trong nghiên cứu này, học viên cũng mô tả trường hợp không sử dụng chức năng kiểm soỏt đường biờn dạng cú độ chớnh xỏc cao để làm rừ hơn tớnh vượt trội của chức năng điều khiển AI.

Từ Hình 4.16 có thể quan sát thấy rằng quỹ đạo hai đường chạy dao gần như trùng khớp với nhau và sai số ở góc rẽ là khoảng 15μm.

THỰC NGHIỆM DỰ ĐOÁN VÀ KIỂM TRA KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐƯỜNG CHẠY DAO

Thực nghiệm và đánh giá đường chạy dao

Với các kết quả như trên, nghiên cứu tiếp tục đưa ra được một phương pháp nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công cho quá trình gia công trên máy CNC. Trong phần này, thực nghiệm đề xuất một số phương pháp nâng cao độ chính xác của đường chạy dao (Hình 6.1). Tiêu chí đặt ra đối với quá trình cải thiện độ chính xác gia công là làm cho đường chạy dao thực tế tiệm cận nhất với đường chay dao lập trình, đồng thời tác động ít nhất đến các điều kiện gia công (tốc độ tiến dao, số điểm lập trình của đường chạy dao).

Thêm vào đó, học viên sẽ cải thiện độ chính xác gia công khi không bật tính năng điều khiển AI (Hình 6.2), điều này có ý nghĩa rất lớn đối với nhiều hệ thống máy CNC phổ thông không có tính năng điều khiển AI.

Phương pháp bù trừ sai số góc rẽ

Thể hiện các kết quả thực nghiệm với các khoảng cách bù trừ khác nhau như trong bảng 6.1. Có thể quan sát thấy từ hình 6.3, mặc dù có một phần của đường chạy dao đi vòng ra khỏi đường lập trình trong phương pháp đề xuất nhưng độ chính xác của đường chạy dao tại góc được cải thiện hơn so với phương pháp thông thường kể cả khi bật/tắt tính năng điều khiển AI. Kết quả sau khi áp dụng phương pháp bù trừ sai số góc rẽ trong trường hợp không bật chức năng AI.

Kết quả sau khi áp dụng phương pháp bù trừ sai số góc rẽ trong trường hợp bật chức năng AI.

Phương pháp cải thiện độ chính xác gia công khi thay đổi tốc độ gần điểm góc rẽ

Thực nghiệm so sánh đường chạy dao giữa phương pháp đề xuất bù trừ sai số với i/4 (mm) và đường chạy dao gồm 3 điểm lập trình khi bật chức năng điều khiển AI. Mặc dù kết quả thực nghiệm của hai phương pháp cải thiện độ chính xác của đường chạy dao chưa cải thiện hơn so với trường hơp bật AI nhưng cải thiện được độ chính xác so với trường hợp không bật AI. Thêm vào đó, việc cải thiện độ chính xác gia công khi không bật tính năng điều khiển AI có ý nghĩa rất lớn đối với nhiều hệ thống máy CNC phổ thông không có tính năng điều khiển AI.

Theo kết quả ghi nhận từ phần mềm Fanuc Servo Guide, đường chạy số 4 khi bù trừ sai số góc rẽ có độ chính xác cao nhất và gần với đường chạy thiết kế nhất.