Hệ thống điều khiển các máy công cụ gồm bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ xử lý hình học, PLC, đo lường, hệ thống dẫn động servo.v.v.. Tất cả các thành phần này cùng nhau điều khiển máy theo tool-path đã biết. Khi một chương trình NC được thực hiện, nó gửi lệnh điều khiển vị trí tới hệ thống dẫn động servo. Một bộ điều khiển bù sai số có thể khắc phục hạn chế của sự biến đổi các tham số như được mô tả trong bộ xử lý chương trình NC. Bảng I/O độc lập có thể được cài đặt trong PC để chuyển tín hiệu liên hệ ngược từ máy khi chương trình NC đang được thực hiện. Dựa trên vị trí hiện tại, chương trình con có thể biến đổi giá trị toạ độ máy trước khi đưa tới các hệ thống dẫn động servo. Một ưu điểm của hệ thống này là chúng ta có thể điều khiển vị trí với độ phân giải bé nhất của hệ thống servo. Với sự biến đổi mã NC, rất khó để nội suy đường tròn để xác định lại đường tròn mới với sai số nhỏ hơn. Hạn chế chính của phương pháp này là chúng ta phải cài đặt chương trình con I/O vào bộ điều khiển.
1.4. Giới thiệu một vài nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên thế giới
1.4.1. Các công trình ở trong nước
Vấn đề bù sai số trên các máy CNC đã được đề cập đến trong tài liệu [11], trong đề tài này các tác giả đã đưa ra một giải pháp để nâng cao độ chính xác của máy phay CNC bằng bộ điều khiển. Theo tác giả, tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá chất lượng máy là sai số vị trí. Khi gia công, bộ điều khiển sẽ điều khiển các trục x, y, z sao cho dụng cụ đạt được toạ độ theo yêu cầu - toạ độ này được xác định thông qua encorder gắn ngay sau động cơ. Có nhiều nguyên nhân gây sai số vị trí như khe hở của vitme bi, độ không song song của sống dẫn hướng, sự dãn nở nhiệt, sự lệch của trục gá động cơ so với mặt phẳng dẫn hướng và nhiều yếu tố khác.
Việc khử nguyên nhân gây sai số là một biện pháp hoàn chỉnh nhưng tốn kém, mặt khác trong một vài trường hợp không thể thực hiện được do các thiết bị gia công có độ chính xác chế tạo không cao và nhiều nguyên nhân khác ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Chính vì vậy, mộ t giải pháp tổng hợp đã được đưa ra là nghiên cứu sai số tổng hợp và bù sai số thành phần bằng phần mềm của bộ điều khiển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iTNC530 kết hợp với việc sử dụng thước laser HP5519A kèm hệ thống gương phản xạ để xác định vị trí chính xác của trục bàn máy khi di chuyển. Sai số chính là giá trị đo được từ đầu thu laser và giá trị trên bộ điều khiển. Sau khi thu được các giá trị đi và về trên 3 trục x, y, z, căn cứ vào kết quả đó phần mềm tính giá trị bù cho các trục x, y, z tại các điểm nội suy. Sau khi bù, sai số đều đạt yêu cầu và cao hơn khả năng thông thường.
Để đánh giá kết quả sau khi bù sai số bằng phần mềm, đề tài đã tiến hành gia công thử nghiệm và đo kiểm tra 02 thông số: sai số vị trí của các lỗ tâm, sai số nội suy khi gia công vòng tròn với vật liệu là t hép 40X, dụng cụ là dao phay ngón, tốc độ trục chính 3500v/ph, không dùng dung dịch trơn nguội và đã kiểm nghiệm được kết quả.
Phương pháp này có ưu điểm là không quan tâm đến nguyên nhân gây sai số, việc bù được dựa trên sai số tổng hợp trên từng đoạn nhỏ của toàn bộ chiều dài chuyển động của bàn máy. Nó có khả năng khử được một phần các ảnh hưởng do sai số chế tạo và lắp ráp. Do vậy, nó cho phép giảm giá thành gia công chi tiết do không đòi hỏi máy có độ chính xác cao. Tuy nhiên, trong miền gia công có vài điểm có độ chính xác còn thấp (sai số còn >0.01mm). Mặt khác, tác giả cũng chưa đưa ra được bản đồ sai số trên toàn miền làm việc 3D của từng máy CNC để đánh giá được chất lượng và giải pháp khắc phục sai số nhằm nâng cao được độ chính xác khi gia công trên máy CNC.
1.4.2. Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài
Ramesh và các tác giả khác trong [1] đã xem xét lại tình trạng hiện thời của việc nghiên cứu bù sai số cho các máy công cụ. Nguồn gốc của các sai số và phương pháp để loại trừ các sai số được xem xét. Việc nghiên cứu tập trung vào việc đo và bù sai số đã dùng trong quá khứ mà không mô hình hóa. Điều này được khẳng định bởi Van Luttervelt và Peng [2], sự kết hợp của việc sử dụng mô hình tổng quát và sử dụng dữ liệu đo được một cách tích hợp được đề xuất cho nghiên cứu trong tương lai.
Soons và các tác giả khác [3] trình bày một mô hình sai số tổng quát của máy nhiều trục. Mô hình được trình bày dựa trên cơ sở các động học thẳng của chuỗi động học dụng cụ cắt và phôi. Với mỗi liên kết, các sai số thẳng và góc được giới thiệu là một sự biến đổi bổ sung. Mô hình tổng quát này được bổ sung bởi một kiểu mô hình phụ thuộc vào các sai số tĩnh trong vị trí tương đối của hệ quy chiếu trong mô hình tổng quát.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Cho và các tác giả khác [4] quan tâm đến một phương pháp là độ chính xác chu trình kín. Sự phụ thuộc của độ chính xác vào sự chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và đường chạy dao được quan tâm đến đối với trường hợp một bề mặt Bézier song lập phương và máy 3 trục.
Srivastava và các tác giả khác [5] sử dụng một phương pháp dựa trên cơ sở nghiên cứu trực tiếp về những biến đổi shap và joint. Những chuyển động tịnh tiến và quay được mô hình bởi các ma trận phụ thuộc vào thời gian. Nó đưa ra sai số khối tổng như là một hàm của tất cả các sai số. Điều này được minh họa bằng một máy RRTTT (2 trục quay RR và 3 trục thẳng TTT). Chiến lược bù sai số dựa trên cơ sở tính toán sai số cho mỗi vị trí dụng cụ và hiệu chỉnh lệnh CNC cũng là một cách bù sai số.
Patel và Ehman [6] trình bày một mô hình sai số dựa trên cơ sở của phép lấy vi phân các phương trình động học thẳng của Stewart Platform và đưa ra sự phân tích độ nhạy mà có thể được sử dụng cho sự phân phối dung sai trong gia công. Phần mềm để hiển thị các sai số dọc theo đường chạy dao được biểu hiện.
1.5. Kết luận chương 1
Các máy phay CNC chính xác cao được sử dụng nhiều trong sản xuất vì sự đòi hỏi về các thành phần chính xác và tính chắc chắn về chất lượng ngày càng tăng. Nhân tố quan trọng nhất của các thành phần chính xác là độ chính xác của các máy công cụ.
Có rất nhiều nguồn gây ra sai số vị trí. Trong đó có sai số hệ thống là các sai số có thể bù thông qua việc tính toán các tham số, thuật toán, ma trận…như: sai số hình học, sai số do lực cắt…Và sai số ngẫu nhiên là các sai số xuất hiện một cách ngẫu nhiên, thay đổi trong suốt quá trình gia công và không thể tính toán để bù được các sai số đó., như: sai số do giãn nở nhiệt, sai số do biến dạng đàn hồi…
Một giải pháp đem lại hiệu quả cao trong việc đảm bảo độ chính xác gia công đó là tiến hành bù sai số tổng hợp. Do cùng tồn tại sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên nên việc bù sai số được tác giả tiến hành bằng thực nghiệm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chương II: