II. Phương phỏp nội suy
2. Nội suy vũng theo phương phỏp DDA36
Phương phỏp nội DDA cũng được ứng dụng trong nội suy vũng:
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.
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 Cần do gõy ra sự chạy quỏn tớnh của quỏ trỡnh ngắt và phanh hóm.
Vớ dụ: nếu một dụng cụ ngắt mạch thực hiện đúng ngắt đa ra với mức phõn tỏn 10 m/s và trong hành trỡnh chạy dao 5 m/phỳt, thỡ khả năng vượt qỳa giỏ trị Cần cú thể vượt tới 0,8 mm, ngoài ra cũn cú sự phõn tỏn về thời gian tỏc động của bộ phanh, cũng như cỏc thời điểm phanh khỏc nhau trờn đường dịch chuyển và trờn cỏc yếu tố truyền động của mỏy.
Để cú được một quỏ trỡnh đi tới vị trớ Cần một cỏch tối ưu nhất khi dựng truyền động điều khiển phõn cấp phải cú mạch điều chỉnh, số lượng cấp tốc độ trung gian làm tiờu hao cho kỹ thuật điều khiển, nhằm xỏc định trước cỏc điểm ngắt trước để cú thời gian Hỡnh 28: Quỏ trỡnh đi tới điểm cần.
cỏch chuyển từ hành trỡnh chạy nhanh sang hành trỡnh chạy chậm một cỏch hợp lý. Vỡ thế người ta giới hạn thường chỉ cú một hoặc hai cấp trung gian. Quỏ trỡnh đi tới đối với điều khiển điểm chỉ cú một cấp trung gian được trỡnh bày về nguyờn tắc trờn hỡnh 28.
Chạy dao nhanh V1, tốc độ chạy dao trung gian V2 và tốc độ chạy dao chậm V3 lập thành quan hệ:
Quan hệ trờn sẽ đạt được thời gian định vị ngắn nhất với độ chớnh xỏc mong muốn. Ngoài ra người ta cũng đa ra một phương phỏp tớnh chớnh xỏc để tối ưu húa cỏc cấp trung gian nhiều tựy ý, hành trỡnh chạy dao chậm ở đõy được lựa chọn sao cho khụng vượt quỏ U cũn tồn tại nhỏ nhất, cú thể nhờ đú đạt được độ chớnh xỏc trong định vị cao.Trong điều khiển CNC tốn kộm hơn nhằm nõng cao độ chớnh xỏc dừng, đoạn dịch chuyển cũn được hệ thống đo thu thập số liệu hỗ trợ và được xử lý tớnh toỏn khi chạy tới vị trớ tiếp theo sau đú. Quỏ trỡnh phõn cấp cũng được ứng dụng trong điều khiển đường vỡ đặc tớnh thời gian đó mụ tả, trong đú từ một tốc độ chạy dao cụng tỏc được ngắt, giảm dần tốc độ bởi một hay nhiều cấp độ trung gian. Trong lỳc đi tới một vị trớ thỡ dao cụ vẫn đang cắt gọt, cũng vỡ thế độ chớnh xỏc gia cụng yờu cầu cú một hành trỡnh chạy nhỏ chậm thớch hợp.
2.2 Truyền động điều chỉnh vụ cấp.
2.2.1 Những ưu điểm của truyền động điều chỉnh vụ cấp.
Mỏy cụng cụ thụng thường khi thiết kế để đưa ra một kết cấu mỏy thớch hợp cũng cú những yờu cầu về kớch thước mỏy phải nhỏ gọn, ít tốn kộm cho chi phớ sản xuất và sự sắp xếp hệ thống truyền động được tớnh toỏn bố trớ sao cho truyền động chớnh đến cỏc bàn mỏy là tối ưu nhất. Với những lý do trờn ta khụng thể bố trớ mỗi một bàn mỏy cú một hộp truyền động riờng. Ta cú thể dẫn truyền động từ trục chớnh đến cỏc bàn mỏy thụng qua cỏc xớch động phõn nhỏnh ngắn, để phự hợp với yờu cầu trờn đũi hỏi cỏc bàn mỏy phải được bố trớ gần sỏt nhau với khả năng cho phộp mà mỏy vẫn đảm bảo những yờu cầu đặt ra.
Thế hệ mỏy cụng cụ CNC khi thiết kế, chế tạo người ta thực hiện nguyờn tắc: mỗi một bàn mỏy cú một nguồn truyền động riờng biệt và được xử lý như một đơn vị tỏch rời độc lập, cỏc truyền động này nhỡn chung đều là điều chỉnh vụ cấp. Nú cú đồng thời cỏc ưu điểm về thời gian định vị tối ưu và độ chớnh xỏc cao, một nguyờn nhõn bắt
buộc khỏc phải dựng cỏc truyền động độc lập là sự cấu trỳc của điều khiển phi tuyến theo chương trỡnh số, mà về nguyờn tắc chỉ cú thể giải quyết được nhờ cỏc truyền động điều chỉnh vụ cấp độc lập trờn cỏc trục.
Theo nguyờn tắc kết cấu để lựa chọn cho kiểu mỏy điều khiển số, thỡ đối với điều khiển điểm, đường hoặc điều khiển phi tuyến ngày nay cũng dựng truyền động điều chỉnh độc lập đú là giải phỏp thuận tiện nhất và mang lại hiệu quả cao.
Ngoài ra trong hệ thống điều chỉnh chộp hỡnh hoặc điều khiển thớch nghi thỡ truyền động điều chỉnh độc lập - vụ cấp cho mỗi trục là điều kiện khụng thể thiếu. Cựng với đú là truyền động điều chỉnh cú ý nghĩa hết sức to lớn trong cụng cuộc tự động húa cho kỹ thuật gia cụng kim loại.
Cỏc nguồn truyền động trong điều khiển vụ cấp hiện nay được dựng là: Động cơ điện một chiều, động cơ thủy lực hay xilanh thủy lực, chỳng làm việc trong một hệ mạch điều khiển vị trớ hay điều chỉnh vũng quay, ngoài ra động cơ bước làm việc cựng với một bộ khuyếch đại mụmen thủy lực (van Servo điều khiển và động cơ thủy lực). Bộ khuyếch đại mụmen thủy lực làm việc về mặt cấu trỳc cũng giống nh một mạch điều chỉnh vị trớ, trong đú động cơ bước đúng vai trũ là một mỏy phỏt giỏ trị Cần.
2.2.2. Điều chỉnh vị trớ của dao.
Trong điều chỉnh vị trớ xảy ra một qỳa trỡnh đo vị trớ hoặc là đo quóng đường dịch chuyển X của bàn mỏy thụng qua hệ thống đo đường dịch chuyển. Giỏ trị thực của quóng đường được so sỏnh với giỏ trị cần ( đại lượng dẫn W ) đưa ra từ chương trỡnh và từ đú hỡnh thành sai lệch. Độ lớn của sai lệch (sai số điều chỉnh XW) sẽ điều khiển tốc độ của truyền động. Bàn mỏy sẽ dịch chuyển theo một hướng thớch hợp cho tới khi sai lệch bằng “ khụng”, sau đú bàn mỏy sẽ dừng lại. Bằng cỏch đú cú thể điều khiển định vị một bàn mỏy theo chương trỡnh một cỏch rất chớnh xỏc, hoặc theo sỏt một cỏch chớnh xỏc cỏc biến đổi vị trớ đưa ra bởi chương trỡnh. Điều chỉnh vị trớ của dao thụng qua phương phỏp truyền động điều chỉnh, ngoài ra ta cú thể ỏp dụng truyền động bước hoặc nguyờn tắc chộp hỡnh vào điều chỉnh vị trớ dao cụ. Thế hệ mỏy cụng cụ điều khiển số ngày nay hầu nh chỉ ỏp dụng chạy dao điều chỉnh vị trớ kiểu mạch kớn cú phản hồi.
2.2.3 Điều chỉnh vị vị trớ kiểu mạch kớn.
Sơ đồ điều chỉnh vị trớ cho mỏy cụng cụ điều khiển số cú hai trục điều khiển được thể hiện trờn hỡnh 29, trờn mỗi trục điều khiển số cần cú một mạch điều chỉnh vị trớ.
Từ bộ nội suy với mỗi giỏ trị vị trớ Cần là đại lượng được cấp vào mạch điều chỉnh vị trớ. Trong bộ điều chỉnh vị trớ, giỏ trị vị trớ Thực được nhận biết bởi một hệ thống đo vị trớ đem trừ đi giỏ trị của vị trớ Cần, kết quả so sỏnh cặp vị trớ Cần và Thực được gọi là sai lệch điều chỉnh hay cũn gọi là khoảng cỏch theo sau.
Sai lệch điều chỉnh cũng đồng thời là đại lượng điều chỉnh cho động cơ dẫn động của hệ thộng chạy dao.
Để cải thiện tớnh động lực học của truyền động chạy dao, ngời ta cũn đa vào mạch điều chỉnh vị trớ một mạch con điều chỉnh tốc độ và một mạch con điều chỉnh dũng điện cho động cơ (cỏc mạch điều chỉnh thứ cấp).
Với giỏ trị tốc độ chạy dao thực được nhận biết từ số vũng quay của động cơ số vũng quay của động cơ, tỷ lệ với tốc độ chạy dao, và cũn được nhận biết nhờ một mỏy phỏt tốc ( tachogenerator ), lắp trờn trục động cơ.
Cũng cú thể tỡm được giỏ trị thực của tốc độ chạy dao từ khoảng cỏch theo thời gian của cỏc mỏy xung phỏt ra từ hệ thống đo vị trớ.
Hỡnh 29: Điều chỉnh vị trớ theo hai trục chuyển động .
1. Cảm nhận tốc độ trục Y; 2. Động cơ chạy dao trục Y; 3. Cảm nhậ tốc độ trục X; 4. Cảm nhận tốc độ trục X; 5. Động cơ chạy dao trục X; 6. Cảm nhận vị trớ trục X.
Hỡnh 29 là sơ đồ khối mụ tả một hệ mạch điều chỉnh vị trớ CNC kiểu mạch