- các ph−ơng tiện đọc khác, nh−: đọc đĩa, đọc băng trao đổi dữ liệu với các thiết bị l−u trữ bên ngoà
Hệ thống điều khiển số dùng cho Máy cắt kim loạ
dùng cho Máy cắt kim loại
2.1 Hệ thống điều khiển theo ch−ơng trình số
2.2 Hệ thống đo l−ờng dịch chuyển
2.1 Hệ thống điều khiển theo ch−ơng trình số
Bản vẽ Ch−ơng trình Vật mang tin Đọc Nhớ Nội suy So sánh Bàn máy Đo l−ờng Điều khiển Truyền động Bàn máy Truyền động Hệ lệnh đóng/ngắt
2.1.1 Nguyên tắc cấu trúc
Quá trình xử lý số ngoài máy - Thiết kế kết cấu >> Bản vẽ chi tiết - Tính toán công nghệ >> Bản vẽ công nghệ - Lập trình gia công >> Ch−ơng trình NC
- Ch−ơng trình NC >> “M hoá” >> Ghi vào vật mang tin
Quá trình xử lý số trong máy (điều khiển kín) – hệ lệnh đ−ờng đi - Đọc ch−ơng trình NC từ vật mang tin
- Chuyển đổi sang tín hiệu t−ơng tự (tín hiệu điện)
- Xuất ra giá trị “Cần” >> đ−a tới bộ so sánh theo tần số nhất định - Thu thập giá trị “Thực” thông qua hệ thống đo l−ờng >> đ−a tới bộ
so sánh - Bộ so sánh:
• “Tín hiệu điều khiển” = “Cần” – “Thực” • Cấp “Tín hiệu điều khiển” cho hệ truyền động - Hệ truyền động: hoạt động theo tín hiệu điều khiển
• “Tín hiệu điều khiển” <> 0 thì “Chạy” • “Tín hiệu điều khiển” = 0 thì “Dừng”
2.1.1 Nguyên tắc cấu trúc
Quá trình xử lý số trong máy (điều khiển hở) – hệ lệnh đ−ờng đi - Đọc ch−ơng trình NC từ vật mang tin
- Chuyển đổi sang tín hiệu t−ơng tự (tín hiệu điện) - Xuất ra giá trị “Cần”
• “Tín hiệu điều khiển” = “Cần”
• Cấp “Tín hiệu điều khiển” cho cụm điều khiển - Hệ truyền động: hoạt động theo cụm điều khiển
Hệ lệnh đóng/ngắt (ON/OFF)
- Đọc ch−ơng trình NC từ vật mang tin
- Chuyển đổi sang tín hiệu t−ơng tự (tín hiệu điện)
2.1.1 Nguyên tắc cấu trúc
Ch−ơng trình điều hành cơ bản
- Nhiệm vụ: đ−ợc cài đặt để xử lý các nhiệm vụ của một hệ ĐKS - Các chức năng:
• Nạp dữ liệu ch−ơng trình • Ghi nhớ các dữ liệu
• Xử lý các dữ liệu để nhận đ−ợc tín hiệu chuyển động, chức năng phụ • Điều khiển chuyển động trên máy
Cụm xử lý trung tâm (CPU)
- Đơn nhiệm (Mono-microprocessor) - Đa nhiệm (Multi-microprocessor)
Cấu trúc của bộ điều khiển CNC - Các cụm chức năng điều khiển số - Các bộ nối ghép
- Bảng điều khiển (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.1 Nguyên tắc cấu trúc
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo ch−ơng trình số
Hệ lệnh đ−ờng đi Bản vẽ Ch−ơng trình Vật mang tin Đọc Nhớ Nội suy So sánh Bàn máy Đo l−ờng Điều khiển Truyền động Bàn máy Truyền động Hệ lệnh đóng/ngắt
2.1.1 Dữ liệu ch−ơng trình NC
Tiêu chuẩn qui định: - ISO-6983
- Định nghĩa và phân loại các dữ liệu cần thiết để thực hiện các công việc kỹ thuật trên máy CNC
Dữ liệu hình học
- Các gốc toạ độ, gốc tham chiếu - Thông số dao
- Kiểu nội suy
- Bù bán kính dao (vị trí dao so với biên dạng gia công)
>> Làm cơ sở để tính toán vị trí trong chuyển động t−ơng đối giữa chi tiết và dao.
Dữ liệu công nghệ - Tốc độ trục chính - Tốc độ chạy dao - Lựa chọn bôi trơn,...
2.1.1 Dữ liệu ch−ơng trình NC
Dữ liệu hỗ trợ xử lý
- Các dữ liệu hình học th−ờng không đủ để xác định một tập hợp các chuyển động riêng tạo thành các chu kỳ làm việc.
- Các dữ liệu xử lý cần hỗ trợ thêm gồm: • Các chu kỳ gia công khác nhau • Các chu kỳ kích th−ớc • Thời điểm dừng để kiểm tra • Lựa chọn điều chỉnh • Lựa chọn dao
2.1.2 Mã hoá dữ liệu
Để làm gì?
- Làm nhiệm vụ “phiên dịch” cho máy hiểu đ−ợc ch−ơng trình NC
Định dạng ch−ơng trình, cấu trúc lệnh - “Ngữ pháp”
Hệ thống địa chỉ - “Bảng chữ cái”
- A – toạ độ góc, quay quanh trục X - B – toạ độ góc, quay quanh trục Y - C – toạ độ góc, quay quanh trục Z
- D – toạ độ góc, quay quanh trục chuyên dùng/tốc độ chạy dao 3 - E – toạ độ góc, quay quanh trục chuyên dùng/tốc độ chạy dao 2 - F – tốc độ chạy dao
- G – m lệnh
- I – toạ độ theo X của tâm cung tròn - J – toạ độ theo Y của tâm cung tròn - M – chức năng phụ
2.1.2 Mã hoá dữ liệu Hệ thống địa chỉ (tiếp)
- N – số thứ tự câu lệnh
- P – chuyển động thứ 3 song song với trục X - Q – chuyển động thứ 3 song song với trục Y - R – chuyển động thứ 3 song song với trục Z - S – tốc độ quay trục chính
- T – gọi dao
- U – chuyển động thứ 2 song song với trục X - V – chuyển động thứ 2 song song với trục Y - W – chuyển động thứ 2 song song với trục Z - X– chuyển động cơ bản song song với trục X - Y – chuyển động cơ bản song song với trục Y - Z – chuyển động cơ bản song song với trục Z - : - rẽ nhánh ch−ơng trình (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ lệnh:
- Phối hợp các địa chỉ và giá trị đi kèm: X420, G00, M30,... Câu lệnh:
- Sự ghép nối tối thiểu các từ lệnh để thực hiện 1 chuyển động/chức năng N10 G00 Z-250 X200
2.1.3 Truy cập dữ liệu
Các ph−ơng pháp truy cập dữ liệu - Băng đục lỗ, băng từ (NC)
- Nhập trực tiếp từ bàn phím, bảng điều khiển (NC, CNC) - Đĩa từ (CNC)
- Truyền dữ liệu trực tiếp (DNC): một máy tính trung tâm với nhiều cụm NC.
Máy tính trung tâm >> cụm điều khiển số: - Nội dung ch−ơng trình
- Số thứ tự của ch−ơng trình NC cần gia công đ l−u trong bộ nhớ của cụm ĐKS
- Danh mục dao, thông số bù dao, số giờ, tuổi thọ làm việc của dao - Các dữ liệu điều khiển máy
Các cụm ĐKS >> máy tính trung tâm - Ch−ơng trình NC đ đ−ợc gọi để gia công - Danh mục dao và số giờ làm việc
- Tình trạng máy, các thông báo lỗi, cảnh báo - Các tính toán hiệu chỉnh
2.1.4 Kiểm tra hệ thống ĐKS
Các ch−ơng trình kiểm tra hoạt động của hệ thống ĐKS - đ−ợc cài đặt sẵn trong bộ nhớ
- có thể gọi ra để kiểm tra tình trạng máy
Ch−ơng trình tổng quát
- kiểm tra hoạt động của các bộ phận tính toán: CPU, bộ nhớ,... - thực hiện tự động mỗi lần bật máy
Ch−ơng trình kiểm tra hoạt động của các trục máy
- kiểm tra giá trị sai lệch trong khi theo dõi hoạt động của các trục - tạo ra các tình huống dừng đột ngột xem có bị v−ợt giá trị định
tr−ớc hay không.
Kiểm tra cú pháp của các câu lệnh trong ch−ơng trình gia công - Lỗi m hoá số – chữ cái
- Địa chỉ không t−ơng thích - Chức năng không rõ
2.2 Hệ thống đo l−ờng dịch chuyển 2.2.1 Các ph−ơng pháp đo vị trí
Theo hình thức truyền động để lấy giá trị đo - Kiểu tịnh tiến
- Kiểu quay
Theo hình thức định l−ợng giá trị đo - Kiểu số
- Kiểu t−ơng tự
Theo nguyên tắc đo - Kiểu gia số - Kiểu tuyệt đối
Theo hình thức đo - Trực tiếp - Gián tiếp
2.2.1 Các ph−ơng pháp đo vị trí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đo vị trí bằng đại l−ợng t−ơng tự
- Đoạn đ−ờng (góc) cần đo đ−ợc chuyển đổi liên tục thành đại l−ợng t−ơng tự (điện áp, c−ờng độ dòng)
Đo vị trí bằng đại l−ợng số
- Đoạn đ−ờng (góc) cần đo đ−ợc chia thành các yếu tố đơn vị có độ lớn nh− nhau.
- Quá trình đo chính là việc đếm (cộng dồn) các yếu tố đơn vị đ đi qua hoặc nhờ sự nhận biết các dấu hiệu riêng biệt của nó
2.2.1 Các ph−ơng pháp đo vị trí
Đo trực tiếp
- Là ph−ơng pháp đo bám sát các vị trí cần đo - Không cần đến các dẫn động cơ khí trung gian
- Hệ thống đo đ−ợc ghép trực tiếp với chuyển động cần đo - Có độ chính xác cao (loại trừ đ−ợc các sai số truyền động, biến
dạng)
- Khó thực hiện, giá thành cao
2.2.1 Các ph−ơng pháp đo vị trí
Đo gián tiếp
- Không đo trực tiếp chuyển động tịnh tiến của bàn máy mà đo một chuyển động quay t−ơng ứng - Đo chuyển động quay của trục vít
me (hình b)
- Dùng bộ truyền thanh răng – bánh răng để biến chuyển động tịnh tiến của bàn máy thành chuyển động quay (hình c)
- Có lỗi do sai lệch b−ớc vít me / khe hở ăn khớp giữa hai má răng - Phải tính toán hiệu chỉnh trong bộ
2.2.1 Các ph−ơng pháp đo vị trí
Đo vị trí tuyệt đối
- Mỗi giá trị đo đều đ−ợc so với điểm 0 (zero) của th−ớc và có dấu hiệu riêng
- Đo t−ơng tự - tuyệt đối: mỗi vị trí trong đ−ờng dịch chuyển là một thang điện áp riêng
- Đo số – tuyệt đối: mỗi gia số vị trí đ−ợc đánh dấu riêng bằng m nhị phân
- Ưu điểm:
• Mỗi lần đo cho ngay vị trí tuyệt đối
• Không cần qui không (reference) khi khởi động - Nh−ợc điểm: • Phức tạp về cấu trúc • Giá thành cao - Phạm vi áp dụng: • ít đ−ợc dùng trong máy CNC 2.2.1 Các ph−ơng pháp đo vị trí
Đo vị trí kiểu gia số
- Toàn bộ phạm vi dịch chuyển đ−ợc chia thành các b−ớc tăng (gia số – increments) có độ lớn nh− nhau, không có dấu hiệu riêng. - Vị trí tuyệt đối đ−ợc tính toán bởi tổng của các b−ớc tăng đ đi qua
so với điểm gốc.
- Các gia số âm hay d−ơng phụ thuộc vào chiều chuyển động - Ưu điểm
• Cấu trúc đơn giản • Giá thành rẻ - Nh−ợc điểm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Không trả về ngay giá trị vị trí tuyệt đối • Phải có điểm gốc tham chiếu (Reference point)
• Mỗi lần khởi động máy phải thực hiện phép tham chiếu điểm gốc - Phạm vi áp dụng
2.2.2 Các dụng cụ đo vị trí Dụng cụ đo vị trí kiểu t−ơng tự
Hệ thống đo bằng biến trở
- Nguyên lý: dựa quan hệ tuyến tính giữa chiều dài của một th−ớc đo dẫn điện với điện trở của nó
- Không thể chia đ−ợc đến 0,001mm nên ít đ−ợc sử dụng
Hệ thống đo bằng cảm ứng từ
- Một th−ớc đo có dòng xoay chiều chạy qua, hình thành 1 tr−ờng điện từ biến thiên
- Một th−ớc đo dẫn điện khác đặt trong phạm vi đó sẽ xuất hiện 1 điện áp - Điện áp cảm ứng phụ thuộc vào c−ờng
độ từ tr−ờng
(khoảng cách giữa hai vật dẫn)
Th−ớc đo cảm ứng quay (Resolve) - sử dụng nguyên tắc đo bằng cảm ứng từ
- đo vị trí theo kiểu tuyệt đối chu kỳ, không trực tiếp
Th−ớc đo cảm ứng quay không có vành quét
- Stator hai pha có 2 cuộn dây quấn, đặt thẳng đứng trên nhau - Đ−ợc cấp các điện áp xoay chiều lệch pha nhau 900: U1 - Tần số phổ biến là 2,5 kHz
- Từ tr−ờng biến thiên hình thành, gây cảm ứng trong cuộn rotor một điện áp U2. Độ lớn của U2 phụ thuộc vào góc quay của cuộn dây rotor đối với vector từ tr−ờng.
- Th−ờng 1 vòng quay của resolve t−ơng ứng 2mm dịch chuyển của bàn máy
Th−ớc đo cảm ứng quay không có vành quét
Th−ớc đo cảm ứng thẳng (Industosyn) - Nguyên lý: resolve quấn dây phẳng
- ứng dụng: đo t−ơng tự – tuyệt đối/chu kỳ - trực tiếp - Cấu tạo
• th−ớc đo: cuộn dây phẳng, quấn gấp khúc, khoảng cách quấn dây là 2mm
• th−ớc dẫn: có 2 cuộn dây phẳng, đặt cách nhau 1/4 độ chia
• th−ớc đo đ−ợc cố định trên thân máy, th−ớc dẫn đ−ợc lắp trên bàn máy cần đo
• khoảng cách giữa th−ớc đo và th−ớc dẫn = 0,25mm - Hoạt động
• Cuộn dây của th−ớc đo có điện áp tần số cao U1
• Cuộn dây của th−ớc dẫn cảm ứng 1 điện áp phụ thuộc vào vị trí t−ơng đối của hai cuộn dây: U2
Th−ớc đo cảm ứng thẳng
Dụng cụ đo vị trí kiểu số
Đo vị trí kiểu số – gia số - Sử dụng hiệu ứng quang điện - Nguyên tắc phản quang:
• Th−ớc đo có các vạch chia phản quang và không phản quang đặt kế tiếp nhau (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Nguồn sáng chiếu vào th−ớc đo
• Tia sáng gặp vạch phản quang đ−ợc phản xạ lại và đ−ợc tế bào quang điện hấp thụ >> sinh ra điện áp cao (tín hiệu 1)
• Tia sáng gặp vạch không phản quangkhông đ−ợc phản xạ lại, tế bào quang điện sinh ra điện áp thấp (tín hiệu 0)
- Nguyên tắc soi thấu
• Th−ớc chia có các vạch chia soi thấu và không soi thấu đặt kế tiếp nhau
• Nguồn sáng chiếu vào th−ớc đo
• Tia sáng chui qua vạch soi thấu đ−ợc tế bào quang điện hấp thụ >> sinh ra điện áp cao (tín hiệu 1)
• Tia sáng gặp vạch không soi thấu, tế bào quang điện sinh ra điện áp thấp (tín hiệu 0)
Cấu trúc hệ thống đo vị trí kiểu số dùng nguyên tắc quang điện – soi thấu
điện áp ra dạng t−ơng tự
Đo vị trí kiểu số – tuyệt đối
- mỗi phần tử trên đ−ờng dịch chuyển phải đ−ợc đánh dấu riêng - th−ớc đo có nhiều rnh
- vùng soi thấu (phản quang) nhận giá trị 0
- vùng không soi thấu (không phản quang) nhận giá trị 1 - th−ớc chia đ−ợc chia vạch theo m nhị phân
Encoder t−ơng đối
Thảo luận
Phân tích sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo ch−ơng trình số? Phân loại các ph−ơng pháp đo vị trí? Cho ví dụ bằng các thiết bị t−ơng
ứng?
Trên máy CNC th−ờng dùng thiết bị đo vị trí loại nào? Tại sao? Cho ví dụ?
Ch−ơng 2.
Hệ thống điều khiển sốdùng cho Máy cắt kim loại dùng cho Máy cắt kim loại
2.1 Hệ thống điều khiển theo ch−ơng trình số
2.2 Hệ thống đo l−ờng dịch chuyển 2.3 Bộ so sánh 2.4 Bộ nội suy 2.5 Truyền động điều chỉnh 2.3 Bộ so sánh 2.3.1 Khái niệm Nhiệm vụ
- So sánh thông tin đ−ờng dịch chuyển đ−a ra từ ch−ơng trình (giá trị Cần) với đoạn dịch chuyển đo đ−ợc trên máy (giá trị Thực) - để xác định sai lệch của cặp giá trị (Cần – Thực)
- cấp cho hệ truyền động những tín hiệu cần thiết để điều khiển sao cho sự chênh lệch giữa giá trị Cầnvà giá trị Thựcdần dần trở về 0.
Cấu trúc
- Theo nguyên tắc đo l−ờng (hệ thống đo l−ờng đang sử dụng) - Theo dạng tín hiệu điều khiển truyền động
So sánh Bàn máy Đo l−ờng Truyền động Thông tin đ−ờng dịch chuyển (Cần) Dịch chuyển đo đ−ợc (Thực) Tín hiệu điều khiển
2.3.1 Khái niệm
Bộ so sánh chỉ đ−a ra tín hiệu điều khiểnkhi giá trị Cần và giá trị Thực đ−ợc đồng nhất (tín hiệu đồng nhất) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
>> Chỉ cho phép xây dựng một mạch điều khiển ngắt do tín hiệu đồng nhất không có tính liên tục
>> Chỉ đ−ợc ứng dụng trong điều khiển điểm/đ−ờng.
Bộ so sánh đ−a ra tín hiệu điều khiển liên tụcchừng nào giá trị Cần và giá trị Thực ch−a đồng nhất (tín hiệu sai khác / tín hiệu chênh lệch)
- Tín hiệu chênh lệch = Cần – Thực
- Quá trình điều khiển ~~ đồng nhất Cần và Thực >> tín hiệu chênh lệch nhỏ dần ---> 0 >> truyền động đạt đến trạng thái dừng. >> Tín hiệu chênh lệch có tính liên tục >> Cho phép xây dựng các bộ
điều khiển vị trí