I. Khỏi niệm, nhiện vụ, cỏc bộ nội suy và cỏc dạng nội suy
3.Bộ nội suy trong, bộ nội suy ngoàI29
Bộ nội suy về cơ bản là một mỏy tớnh đơn chức. Tựy theo bộ nội suy nằm trong hay ngoài tủ điều khiển của mỏy, tức là sử lý bờn trong hay bờn ngoài mỏy và được gọi là bộ nội suy trong hoặc bộ nội suy ngoài.
Ở bộ nội suy ngoài, cú cỏc thiết bị sử lý số dựng vào việc chương trỡnh húa đảm nhiệm luụn chức năng nội suy. Trong trường hợp này vật mang chương trỡnh, phải chứa thụng tin toàn bộ cỏc điểm riờng lẻ của đường cong. Vật mang tin được dựng chỉ cú thể là băng từ hoặc chương trỡnh xử lý bằng nối ghộp trực tiếp, khụng cần bộ nhớ trung gian.
Ưu điểm của nội suy ngoài là ở chỗ, nội suy cú khả năng phục vụ nhiều mỏy và tiờu hao trờn bản thõn mỗi mỏy giảm đỏng kể.
Nội suy trong đũi hỏi cho mỗi mỏy phải cú riờng một cụm điện toỏn. Chỉ cú những điểm tựa mang tớnh đặc trưng của đường cong cũng nh cỏc dữ liệu về dạng nội suy là được chương trỡnh húa. Vỡ vậy ngay cú phương tiện cổ điển bằng đột lỗ cũng đủ để làm vật mang tin. Bộ nội suy trong sẽ sản sinh ra vụ số cỏc điểm trung gian. Tốc độ tớnh toỏn được xỏc định bởi tốc độ chuyển động chạy dao trờn mỏy cụng cụ.
Để xột tớnh tối ưu của cỏc phương phỏp ta dựa vào cỏc chỉ tiờu sau: Trờn phương diện kinh tế, khả năng tiện lợi khi sử dụng cũng nh thiết kế kỹ thuật và được xỏc định trước hết bởi phạm vi của thiết bị điều khiển số. Đến nay cỏc mỏy CNC đều làm việc phổ biến với bộ nội suy trong. Tuy nhiờn trong cỏc hệ thống gia cụng điều khiển số lớn hơn thỡ việc điều khiển trực tiếp nhờ một mỏy tớnh xử lý quỏ trỡnh kinh tế hơn. Mỏy tớnh này cũng thực hiện chức năng nội suy ngoài.
Về mặt kỹ thuật vấn đề nội suy cú thể được giải quyết bằng cỏc thiết bị điện toỏn làm việc theo kiểu số hoặc kiểu tương tự. Bộ nội suy làm việc kiểu tương tự thỡ đơn giản trong chế tạo nhưng chứa đựng nhiều nhược điểm của kỹ thuật tương tự, nhất là độ chớnh xỏc rất hạn chế. Do vậy khoảng cỏch cỏc điểm tựa (điểm trung gian) phải được chương trỡnh húa dày đặc hơn nhiều so với bộ nội suy làm việc kiểu số.
Do sự đũi hỏi cú độ chớnh xỏc cao cho những chiều dài đoạn nội suy lớn ngày nay chỉ cũn dựng bộ nội suy làm việc kiểu số .
3. Cỏc dạng nội suy.
Cỏc hàm số cần sản sinh từ bộ nội suy chủ yếu là cỏc đường thẳng và đường cong, đú là những biờn dạng của cỏc yếu tố kết cấu thường dựng cũn cỏc đường cong bậc cao như cỏc parabol hay hypecbol thường khụng được thực hiện trong cỏc hệ điều khiển số vỡ chỳng hầu như khụng cú trong cỏc đũi hỏi thực tế. Về mặt tớnh toỏn cú ưu điểm là quan tõm đến cỏc sai lệch của dụng cụ cắt (vớ dụ bỏn kớnh dao phay) cỏc khoảng cỏch đối xứng giữ được những giỏ trị ngang bằng. Ngoài ra cũn sử dụng được “ đường cong chuẩn “.
Thụng thường trong cỏc mỏy cụng cụ điều khiển số là dạng nội suy thẳng và nội suy vũng (nội suy tuyến tớnh và nội suy phi tuyến – hỡnh 23).
Hỡnh 23: Nội suy tuyến tớnh và nội suy vũng.
1. Nội suy tuyến tớnh: AL. Điểm khởi xuất của chuyển động tuyến tớnh; BL. Điểm đớch của chuyển động tuyến tớnh; 2. Nội suy vũng: AC. Điểm khởi xuất của chuyển động cong; BC. Điểm đớch của chuyển động cong; M. Tõm của chuyển động cong.
Với dạng nội suy thẳng và nội suy vũng, cú thể thực hịờn được những khả năng
nh 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 trục vuụng gúc với mặt phẳng của đường trũn nội suy (nội suy theo đường xoắn ốc).
Việc tớnh toỏn cỏc hàm số ở dạng số cú thể thực hiện theo hai phương phỏp cơ bản sau:
a) Thụng qua tớnh toỏn hàm số trực tiếp trong đú, đường cong được đưa ra ở dạng toỏn học bởi hàm bất khả biến:
F ( x,y,z) = o
ở đõy sau mỗi bước nội suy được kiểm tra ngay xem vị trớ thực mới so với đường cong đưa ra cú sai lệch khụng? Sai theo hướng nào? Sau đú quyết định hướng điều chỉnh tiếp theo được thực hiện theo trục tọa độ nào và theo hướng nào?
b) Trỡnh bày cỏc thụng số của đường cong là hàm số theo thời gian thực: x = x (t);
y= y (t); z = z (t);
Xuất phỏt từ phương trỡnh vi phõn của đường cong, chuyển động cỏc phương trỡnh riờng của hệ sang phương trỡnh vi phõn để tớnh toỏn bằng số, rồi với sự trợ giỳp của bộ nội suy số sẽ tỡm ra cỏc giỏ trị chạy dao trờn từng trục riờng lẻ thụng qua tổng vi phõn.
II. Phương phỏp nội suy.
Để xỏc định giỏ trị cần về vị trớ cỏc trục riờng lẻ, người ta ứng dụng cỏc phương phỏp nội suy khỏc nhau.
Một trong cỏc phương phỏp nội suy thụng dụng nhất là phương phỏp “ phõn tớch vi phõn số” DDA ( Digital Differential Analyse).
Phương phỏp này thực hiện nội suy số tớnh theo cỏc gia số tốc đụ.
Ta cú hai phương phỏp nội suy hay ding đú là: Phương phỏp nội suy thẳng và phương phỏp nội suy vũng.
1. Nội suy thẳng theo Phương phỏp DDA.
Hỡnh 24: Nội suy tuyến tớnh theo phương phỏp DDA.
A. Điểm khởi xuất; E. Điểm đớch; L. Chiều dài quóng đường; u. Tốc độ chuyển động hỡnh thành; VX, VY. Tốc độ chuyển động trờn cỏc trục X và Y. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một con dao cần chuyển động giữa điểm khởi xuất PA và điểm kết thỳc PE theo một đường thẳng với tốc độ chạy dao u xỏc định. Trong thời gian T = L/u, cỏc đoạn đường thành phần ( xE – xA ) và ( yE – yA ) phải được thực hiện.
Để tớnh toỏn giỏ trị cần về vị trị hay tọa độ vị trớ cỏc điểm trung gian cần được tớnh nh một hàm số theo thời gian dưới dạng phương trỡnh đường thẳng:
Ở đõy thời gian T được chia thành cỏc khoảng đủ nhỏ, phộp tớch phõn cho phộp thay bởi phộp cộng số:
n = 1, 2, 3, ……., N
Với mỗi bước cộng, giỏ trị về vị trớ lại tăng thờm một bước bằng hằng số.
Để đảm bảo độ chớnh xỏc của biờn dạng nội suy, cỏc bước cộng buộc phải nhỏ hơn suet đơn vị của truyền động chạy dao:
hoặc
Trờn cỏc mỏy cụng cụ điều khiển số, thụng thường .
Với cỏc dữ liệu đưa vào bộ nội suy xE, yE, xA, yA, u, , ta lập được sơ đồ khối của nội suy tuyến tớnh được tớnh toỏn theo phương phỏp DDA.
Hỡnh 25: Sơ đồ khối của nội suy tuyến tớnh.
Sai
&
Dữ liệu đầu vào: xE, yE, xA, yA, u,
Đúng
B ớc cộng tiếp theo
Kết thúc
(xE – xA); (yE- yA)
Vớ dụ: Xỏc định cỏc thống số nội suy của chi tiết khi phay từ điểm PA đến điểm PE nh trờn hỡnh vẽ:
Hỡnh 26: Nội suy tuyến tớnh của chi tiết trờn mỏy phay.
Với chi tiết được phay nh trờn hỡnh 26, cỏc giỏ trị nội suy cho chuyển động tuyến tớnh PA đến điểm PE phải được xỏc định.
Suất đơn vị của truyền động chạy dao trờn mỗi trục là . Toạ độ của cỏc điểm gốc của biờn dạng, tớnh theo gốc W là:
PA: xPA = 16; yPA = 35. PE: xPE = 53; yPE = 65. Chiều dài của biờn dạng cần nội suy:
Thời gian nội suy:
Đại lượng tối thiểu của N:
N được làm trũn đến lũy thừa mũ 10 tiếp theo, do đú N = 100000 và khoảng thời gian cho mỗi bước cộng là:
Tần số nội suy f từ đú được xỏc định:
Giỏ trị của cỏc điểm Pn trong khi nội suy sẽ là:
với
2. Nội suy vũng theo phương phỏp DDA.
Phương phỏp nội DDA cũng được ứng dụng trong nội suy vũng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giả sử cần chạy cắt một đường cong, một con dao chạy từ điểm khởi xuất PA đến điểm đớch PE với thời gian chuyển động từ PA đến PE là T. Cỏc điểm trung gian trờn bien dạng phải được xỏc định từ bộ nội suy trong mỗi quan hệ phụ thuộc vào thời gian chạy cắt được thể hiện trờn hỡnh 27.
Ta cú phương trỡnh chuyển động của cỏc điểm trung gian P(x, y):
Trong đú:
R: Bỏn kớnh của đoạn cong. : Tốc độ gúc.
Hỡnh 27: Nội suy vũng.
PA: Điểm khởi xuất; PE: Điểm đớch; P: Điểm thuộc đường cong; T: Thời gian chuyển động từ PA đến PE; t: Thời gian chuyển động từ PA đến P; V: Tốc độ chạy dao.
Đường cong giới hạn đi từ điểm PA đến điểm PE với một tốc độ chạy dao khụng đổi V. Diễn tả thụng số cần thiết của phương trỡnh đường cong trong sự phụ thuộc thời gian cú thể rút ra từ tốc độ gúc.
với vận tốc gúc khụngđổi ta cú,
Lấy tớch phõn theo thời gian, ta cú cỏc tốc độ thành phần trờn từng trục riờng lẻ nh
sau:
Từ đú rút ra cỏc phương trỡnh tớch phõn tương ứng là:
Với độ chớnh xỏc đủ dựng, phộp tớch phõn trờn cú thể thay thế bởi phộp cộng cỏc gia số đường dịch chuyển:
Ở đõy thời gian chạy toàn vũng T được chia thành cỏc khoảng thời gian thớch hợp thụng qua một tần số chu kỳ được tớnh nh sau:
Với:
Trong đú , là những gia số cần cộng lại trong cỏc bộ tớch phõn.
Nội suy tuyến tớnh cỏc gia số là khụng đổi, nội suy vũng cỏc gia số biến thiờn theo cỏc toạ độ chạy x và y. Điều đú được thực hiện bởi đầu ra của mỗi bộ tớch phõn được dẫn động trở lại đầu vào của bộ tớch phõn khỏc. Khi phỏt ra mỗi xung thỡ cỏc gia số này cú thể được cộng vào hay trừ đi chớnh nú với giỏ trị đó tồn tại trong bộ ghi. Nội suy vũng theo phương phỏp DDA thường xuất hiện một sai lệnh, vỡ cỏc bộ tớch phõn làm việc theo cụng thức hỡnh chữ nhật. Mỗi điểm tớnh toỏn thụng qua nội suy vũng khụng nằm chớnh xỏc trờn đường cong mà nằm ở những điểm lõn cận của đường cong, sai lệch sẽ tăng lờn cựng với chiều dài nội suy. , Để khắc phục ta lờn chia cỏc đoạn cong thành cỏc đoạn cong nhỏ coi chúng nh đoạn thẳng.
Đ2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY CễNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ
I. CÁC DẠNG CHUYỂN ĐỘNG CHẠY DAO TRONG MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ.
Nhiệm vụ cuả truyền động chạy dao là chuyển đổi cỏc lệnh về đường dịch chuyển cựng thụng số tốc độ trờn đường dịch chuyển đó xỏc định trước, trong chương trỡnh gia cụng chi tiết thành chuyển động phự hợp của cỏc bàn chạy dao trờn mỏy cụng cụ.
Chạy dao trờn mỏy cụng cụ điều khiển số cú thể làm việc theo nguyờn tắc nh
điều khiển vị trớ (mạch hở - dựng động cơ bước phản hồi) hoặc điều khiển và điều chỉnh vị trớ (mạch kớn, cú vũng phản hồi của hai hay nhiều đại lượng điều khiển).
Đối với hệ điều khiển vị trớ kiểu mạch hở được đặc trưng bởi một quỏ trỡnh tỏc dụng tuyến tớnh: mỗi một xung tỏc động tạo ra một bước chạy dao tương ứng và hệ điều khiển khụng cú thụng tin phải hồi. Do đú khú cú thể xỏc định cỏc bước chạy dao cú thể thực hiện một cỏch đỳng đắn với biờn dạng đó mụ tả, chớnh vỡ vậy làm giảm độ chớnh xỏc của quỏ trỡnh điều khiển.
Điều khiển vị trớ kiểu mạch hở cú thể ứng dụng trong dạng điều khiển điểm và điều khiển đoạn thẳng và với cỏc điều kiện lực cản trờn đường dịch chuyển là ổn định và khụng đỏng kể hoặc khụng cú tỏc dụng của lực cản khi chạy dao.
Trong cỏc mỏy cụng cụ cắt gọt kim loại, điều kiện này thường khụng thể cú được vỡ ở đõy tồn tại hàng loạt cỏc đại lượng ảnh hưởng và tỏc động (khụng tớnh được) đến lực cản trong quỏ trỡnh chạy dao: độ bền khỏc nhau của vật liệu gia cụng, lượng dư gia cụng khỏc nhau và cỏc trạng thỏi thay đổi của mảnh cắt dao cụ….
Bởi vậy trong đú cỏc mỏy cụng cụ điều khiển số hầu nh chỉ ứng dụng chạy dao điều khiển vị trớ kiểu mạch kớn cú phản hồi của ít nhất hai thống số điều khiển. Và nhờ cú sự giỏm sỏt vị trớ chạy dao tức thời mà cú thể so sỏnh cỏc giỏ trị về vị trớ cần và thực, nhờ cỏc hệ thống đo này mà cú thể nhận biết được cỏc sai lệch gia chỳng mà điều chỉnh cho cõn bằng.
II. truyền động điều chỉnh và cỏc dạng truyền động.
1.Truyền động điều chỉnh.
Trong mỏy cụng cụ điều khiển theo chương trỡnh số, thỡ sự chuyển động của dao đó được số húa qua cỏc thiết bị truyền động dao, nhưng để đạt được độ chớnh xỏc như mong muốn thỡ trong hệ thống của mỏy điều khiển số vẫn cần phải hiệu chỉnh chuyển động nhờ một bộ truyền động điều chỉnh.
Truyền động điều chỉnh của một mỏy cụng cụ tự động là phải tạo điều kiện cho bàn mỏy chạy dao thực hiện theo một chương trỡnh làm việc cho trước. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Do đú truyền động hiệu chỉnh cần phải thực hiện cỏc chức năng sau: - Đi tới một vị trớ với một độ chớnh xỏc cao.
- Đi tới một vị trớ xỏc định với một tốc độ cao nhất cú thể nhằm loại bỏ bớt một số thời gian phụ.
Ngoài ra đối với điều khiển chộp hỡnh và điều khiển phi tuyến do tớnh chất đường là phức tạp, tồn tại nhiều đường cong bậc cao và để gia cụng những mặt bậc cao này đũi hỏi phải thụng qua việc điều chỉnh tốc độ.
Chớnh vỡ thế nếu thực hiện được cỏc nhiệm vụ trờn thỡ khụng phải cỏc khõu truyền động đều cú cựng một mức độ nh nhau mà là kết hợp từ nhiều dạng. Từ kết cấu ta cú thể chia truyền động điều chỉnh thành cỏc dạng truyền động sau:
Truyền động điều chỉnh điện - cơ phõn cấp.
Truyền động điều chỉnh điện vụ cấp.
Truyền động bước.
2. Cỏc dạng truyền động.
2.1 Truyền động điều chỉnh phõn cấp.
Trong hệ thống truyền động thỡ truyền động điều chỉnh phõn cấp được dựng thực hiện nhiệm vụ điều khiển điểm và điều khiển đường, nú gắn liền với một mạch cụng tắc. Tớn hiệu đúng/ ngắt trong điều khiển bằng cụng tắc hành trỡnh là do cỏc vấu
tỳ, cũn trong điều khiển CNC là do bộ so sỏnh phỏt ra, với mạch cụng tắc này ta cú thể đạt được độ chớnh xỏc và định vị mong muốn nếu tốc độ đi tới điểm định vị đú một cỏch hợp lý tức là khụng được lớn hơn tốc độ cho phộp.
Để rỳt ngắn thời gian đi tới điểm định vị, trong mỏy cụng cụ điều khiển số thỡ quỏ trỡnh đi tới được thực hiện qua nhiều cấp độ.
Với cỏc mỏy cụng cụ thụng thường từ trước đến nay vẫn thực hiện chuyển động chạy dao bằng cỏc cặp bỏnh răng cú ly hợp đúng ngắt, kết cấu của chỳng vẫn được sử dụng đối với cỏc loại mỏy tự động húa, nếu như cặp bỏnh răng này được điều khiển từ xa thụng qua cỏc bộ li hợp điện tử, thủy lực hoặc khớ nộn. Phạm vi điều chỉnh của một hệ thống truyền động nh vậy được xỏc định theo độ lớn của tốc độ chạy dao nhanh và yờu cầu tốc độ chạy dao chậm cần thiết. Hành trỡnh chạy dao nhanh nhằm giảm bớt thời gian phụ cú thể với đoạn dịch chuyển lớn (quỏ trỡnh cần tới của dao là dài) thỡ cần cú tốc độ nhanh nhất cú thể được (25 m/phỳt).
Hành trỡnh chạy chậm cần cho quỏ trỡnh định vị được chớnh xỏc hơn, nhằm đảm bảo tối đa quỏ trỡnh chạy quỏn tớnh. Nú được tớnh toỏn theo độ chớnh xỏc yờu cầu và tựy theo đặc tớnh của từng mỏy (3mm/phỳt).
Điều đú tương đương với một tỷ số khỏc biệt của tốc độ chạy dao tới khoảng 8500:1. Giữa khoảng đú là tốc độ chạy dao cần thiết của một hệ điều khiển đường. Tuy nhiờn phạm vị điều chỉnh thờng khụng vượt quỏ 160:1.
Với hệ điều khiển điểm, cũng cú đủ hành trỡnh chạy dao nhanh và chạy dao chậm. Tuy nhiờn, hành trỡnh chạy dao nhanh cần được ngắt trước khi đến vị trớ Cần. Nếu hành trỡnh chạy dao nhanh mói cho đến rất gần vị trớ cần mới được ngắt và hóm lại rồi mới chuyển sang hành trỡnh chạy dao chậm, như thờ sẽ cú nguy cơ vượt quỏ giỏ trị