Nếu một đại lượng ngẫu nhiên nào đó là tổng các đại lượng ngẫu nhiên độc lập
mà các đại lượng ngẫu nhiên độc lập này phân bố theo những quy luật riêng của mình thì quy luật phân bố của tổng sẽđược theo quy luật phân bố của từng số hạng (của từng đại lượng ngẫu nhiên).
Việc xác định quy luật phân bố của tổng dựa theo các quy luật phân bố của các số hạng độc lập được gọi là tổng hợp các quy luật phân bố (của các số hạng
độc lập). Ví dụ, đại lượng ngẫu nhiên z là tổng của hai đại lượng ngẫu nhiên độc lập x và y:
Z = x + y (2.38) Ởđây: 0 ≤ x ≤ ∞ và : 0 ≤ y ≤ ∞.
Nếu biết xác suất phân bố của x là φ(x), của y là φ(y) thì xác suất phân bố
của tổng φ(z) được xác định theo công thức: φ(z) = 0 0 (x) (z x)dx (y) (z y)dy ∞ ∞ ϕ ϕ − = ϕ ϕ − ∫ ∫ (2.39) Ởđây, z = x + y , từđó: y = z – x và x = z – y.
Chúng ta xét trường hợp khi đại lượng ngẫu nhiên y phân bố theo quy luật xác suất đều trong khoảng từa đến b có xác suất φ(y)
φ(y) = φ(z – x)= 1
b−a (2.40) và đại lượng ngẫu nhiên x phân bố theo quy luật chuẩn có xác suất φ(x):
34 φ(x) = 2 2 2 2 2 2 ( x x ) (z y x ) 2 2 1 1 e e 2 2 − − − − − σ = σ σ π σ π (2.41)
Ởđây đại lượng x được thay bằng z – y.
Theo công thức (2.39), xác suất tổng hợp của các quy luật phân bố sẽ là: φ(z) = 2 2 (z y X) b b 2 a a 1 1 (y) (z y)dy e dy b a 2 − − − σ ϕ ϕ − = − σ π ∫ ∫ (2.42)
Ởđây tích phân đước lấy trong khoảng từa đến b, bởi vì tích phân chỉ khác 0 trong khoảng này (a<y<b).
Ta đặt: y = z –X+ t ; dy = σdt. z y X t − − = − σ ; 1 a z X t − − = σ ; 2 b z X t − + = σ Khi đó phương trình (2.42) có dạng: φ(z) = 2 2 1 t t 2 t 1 1 . e dt b a 2 − − π ∫ φ(z) = 2 2 2 1 t t t t 2 2 0 0 1 1 . e dt e dt b a 2 − − − − π ∫ ∫ (2.43) Bởi vì: 2 t t 2 0 1 e dt (t) 2 − = Φ
π∫ cho nên công thức cuối cùng đểtính φ(z) sẽ là:
φ(z) = [ 1 2 ] 1 1 b z X a z X (t ) (t ) b a b a − + − + Φ − Φ = Φ − Φ − − σ σ (2.44)
Vì giá trị trung bình của đại lượng x là X(quy luật phân bố chuẩn) và đại
lượng của y là a b Y
2 +
= (quy luật phân bốđều) cho nên giá trị trung bình của tổng hợp các quy luật sẽ là:
Z X Y X a b 2
+
= + = + (2.45)
Phương sai của quy luật tổng hợp: 2 2 2 2 2 z x y x (b a) 2 − σ = σ + σ = σ + (2.46)
35 Hình 2.33 là đường cong phân bố theo quy luật tổng của quy luật tổng của quy luật phân bố chuẩn và quy luật phân bốđều với các giá trị λ khác nhau:
λ= x l 3σ (2.47) Ởđây l = b a 2 −
(theo quy luật phân bốđều)
σx - sai lệch bình phương trung bình theo quy luật chuẩn.
Ta thấy: nếu λ giảm (λ = 0) đường cong phân bố gần với quy luật chuẩn, vì vậy khi b – a ≤ σx , công thức (2.47) trở thành: λ = x x x b a 1 2.3 2.3 6 − = σ = σ σ (2.48)
Do đó đường cong phân bố gần với quy luật chuẩn và trong thực tế có thể
dùng quy luật chuẩn để nghiên cứu độ chính xác gia công.
Hình 1.33 Tổng hợp các quy luật phân bố (quy luật chuẩn và quy luật phân bố đều)
36
Kết luận chương
1/ Theo nghiên cứu tài liệu quy luật phân bố độ chính xác gia công khi tiện thì phân bốkích thước tuân theo luật phân bố chuẩn (Gauss).
2/ Đểđánh giá độ tin cậy của luật phân bốkích thước phải xác định khoảng tin cậy, kiểm tra giả thuyết về quy luật phân bố chuẩn Gauss.
3/ Chọn quy luật phân bố chuẩn Gauss trong thực nghiệm của chương 3 để
nghiên cứu quy luật phân bốkích thước khi gia công trên máy tiện CNC - Vật liệu gia công là thép C45
- Vật liệu làm dao của hãng Mishubishi Nhật Bản - Đối tượng gia công là mặt trụ ngoài.
- Thiết bịđo là panme điện tửcó độ chính xác 1/1000. - Sốlượng mẫu đủ lớn 100 mẫu
4/ Với các trang thiết bị trong thực nghiệm này cho phép thực hiện thực nghiệm
37
CHƯƠNG 2.CÔNG NGHỆ CNC 2.1 Khái niệm cơ bản vềđiều khiển số
Công nghệđiều khiển số xuất hiện vào giữa thế kỷ 20, khoảng năm 1952, nhưng
cho đến đầu những năm 1960 vẫn chưa được áp dụng trong sản xuất hàng loạt. Sự
bùng nổ thực tếở dạng CNC bắt đầu từnăm 1972, và thập kỷ kế tiếp với sự xuất hiện của máy tính.
Trong lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là gia công kim loại, công nghệđiều khiển sốđã
góp phần dẫn đến cuộc cách mạng. Ngay cảtrước khi máy tính trở thành thiết bị
không thể thiếu trong mọi công ty và từng gia đình, máy công cụđược trang bị hệ
thống điều khiển số đã có vị trí đặc biệt trong xưởng cơ khí. Sự phát triển của vi
điện tử và máy tính, gồm cảtác động của chúng đối với điều khiển số, đã đem đến
các thay đổi cơ bản trong sản xuất nói chung và trong ngành cơ khí nói riêng.
Điểu khiển số có thể được định nghĩa là sự vận hành máy công cụ bằng cách dùng các lệnh mã hỏa đặc biệt cho hệ thống điều khiển máy.
Các lệnh là sự phối hợp các chữ cái, chữ số và ký hiệu được chọn, ví dụ, dấu thập phân, dấu phần trăm, dấu ngoặc. Tất cả các lệnh đều được viết với thứ tự logic theo dạng cho trước. Tập hợp tất cả các lệnh cần thiết để gia công chi tiết được gọi
là chương trình NC, chương trình CNC, hoặc chương trình gia công. Chương trình
có thểđược lưu để sử dụng trong tương lai hoặc tái sử dụng để đạt được các kết quảgia công đồng nhất vào thời điểm bất kỳ.
Khi gia công trên máy công cụthông thường, các bước gia công chi tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều chỉnh sốvòng quay, lượng chạy dao, kiểm tra vị
trí dụng cụ cắt đểđạt được kích thước cần gia công trên bản vẽ
Ngược lại trên máy điều khiển số thì quá trình gia công thực hiện một cách tự động. Trước khi gia công người ra phải đưa vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các câu lệnh điều khiển. Hệ thống điều khiển số có khảnăng thực hiện các lệnh điều khiển này và kiểm tra chúng nhờ một hệ
thống đo lường dịch chuyển bàn trượt của máy
Dữ liệu cần thiết để tạo ra một chi tiết gọi là một chương trình chi tiết (Part Program)
Máy công cụ điều khiển theo chương trình số gọi là máy công cụ NC và máy công cụ CNC
2.2 Hệđiều khiển NC và CNC
Về thuật ngữ, các viết tắt NC và CNC có sự khác biệt vềý nghĩa. NC là viết tắt của công nghệđiều khiển số (Numerical Control), còn CNC là viết tắt của công nghệ điều khiển số máy tính hóa (Conputerized Numerical Control), là sự phát triển cao hơn của NC. Tuy nhiên, trong thực tiễn, CNC được dùng rộng rãi hơn. Để làm rõ công dụng của từng thuật ngữ, ởđây sẽ nêu ra các khác biệt chính giữa hệ thống NC và CNC.
38 Cả hai hệthông đều thực hiện các tác vụnhư nhau, xử lý các dữ liệu với mục đích
gia công chi tiết. Trong cả hai trường hợp, thiết kế bên trong của hệ thống điều khiển chứa các lệnh logic để xử lý dữ liệu. Đó là sự giống nhau giữa hai hệ thống Hệ thống NC (khác với hệ thống CNC) sử dụng các hàm logic cốđịnh, được xây dựng sẵn và được nối mạch bên trong bộđiều khiển. Nhà lập trình hoặc người vận hành không thểthay đổi các lệnh này. Do sự nối mạch cốđịnh của logic điều khiển, hệthông điều khiển NC đồng nghĩa với thuật ngữ “mạch cố định”. Hệ thống có thể diễn dịch chương trình chi tiết, nhưng không cho phép thay đổi chương trình,
sử dụng các tính năng điều khiển. Mọi thay đổi đều phải được thực hiện bên ngoài hệ thống điều khiển, thường là trong môi trường văn phòng. Ngoài ra hệ thống NC
đòi hỏi bắt buộc sử dụng băng đục lỗđể nhập thông tin chương trình.
Hệ thống CNC hiện đại, khác với hệ thống NC cũ, sử dụng bộ vi xử lý bên trong (ví dụ máy tính). Máy tính này có các thanh ghi bộ nhớ lưu các chương trình con
có khảnăng thực hiện các hàm logic. Điều đó có nghĩa là nhà lập trình hoặc người vận hành máy có thểthay đổi chương trình ngay trên bộđiều khiển (lắp trong máy), với các kết quả tức thời. Tính linh hoạt này là ưu thế lớn nhất của hệ thống CNC và có lẽ là yếu tố quyết định, góp phần vào sựứng dụng rộng rãi công nghệ này trong sản xuất hiện đại. Các chương trình CNC và các hàm logic được lưu trên các
vi mạch máy tính đặc biệt, dưới dạng các lệnh phần mềm, thay vì được nối kết cứng, sử dụng chẳng hạn các dây, điều khiển cái hàm logic đó. Khác với hệ thống NC, hệ thống CNC đồng nghĩa với thuật ngữ “mạch linh hoạt”.
Khi nói về chủđề nào đó liên quan với công nghệđiều khiển số, nói chung có thể
sử dụng thuật ngữ NC hoặc CNC. Bạn cần nhớ NC có thểcó nghĩa là CNC trong
nói chuyện hàng ngày, nhưng CNC không có ý nghĩa là NC. Mọi hệ thống điều khiển ngày nay đều là thiết kế CNC.
2.2.1 Hệ điều khiển NC
Khái niệm: đặc tính của hệđiều khiển này là “ chương trình hóa các mỗi liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻđược xác định một nhiệm vụ nhất
định
Liên hệ giữa chúng phải thông qua những dây nối hàn cứng trên các mạch logic
điều khiển
39
Hình 2.1 Mô hình điều khiển số NC
Ngày nay, các máy trang bị hệđiều khiển NC vẫn còn thông dụng.
Đây là hệđiều khiển đơn giản với sốlượng hạn chế các kênh thông tin. Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển
được cho dưới dạng dãy các con số. Hệđiều khiển NC làm việc theo nguyên tắc
sau đây: sau khi mở máy, các lệnh thứ nhất và thứhai được đọc. Chỉ sau khi quá
trình đọc kết thúc, máy mới bắt đầu thực hiện lệnh thứ nhất. Trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển. Sau khi hoàn thiện lệnh thứ nhất máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai lấy từ bộ nhớ ra. Trong khi thực hiện lệnh thứ hai, hệđiều khiển đọc lệnh thứba và đưa vào chỗ của bộ nhớ
mà lệnh thứ hai vừa được giải phóng ra.
Nhược điểm của hệđiều khiển NC là khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt, hệđiều khiển phải đọc lại tất cả các lệnh từđầu và như vậy sẽ không tránh khỏi những sai sót của bộ tính toán trong hệđiều khiển. Do đó chi tiết gia công có thể
bị phế phẩm. Một nhược điểm khác nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa trong băng đục lỗ hoặc băng từ nên khảnăng mà chương trình bị dừng lại (không chạy) thường xuyên có thể xảy ra. Ngoài ra với chếđộ làm việc như vậy băng đục lỗvà băng từ
sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn, gây lỗi cho chương trình.
2.2.2 Hệ điều khiển CNC
Khái niệm: điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao hàm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý kèm theo các bộ phận ngoại vi
40 Các chương trình CNC và các hàm logic được lưu trên các vi mạch đặc biệt ( các thanh ghi bộ nhớ của máy tính) dưới dạng các phần mềm thay vì được kết nối cứng ( nối dây) do đó các chương trình làm việc có thể thiết lập trước.
Hình 2.2 Mô hình điều khiển số CNC
Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là nhờ sự trợ giúp của máy tính. Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển cho từng loại máy. Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình
gia công chi tiết và cảchương trình hoạt động của bản thân nó. Trong hệđiều khiển
CNC các chương trình gia công có thểđược ghi nhớ lại. Trong hệđiều khiển CNC
chương trình có thểđược nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay từbàn điều khiển. Các lệnh điều khiển không chỉđược viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn tích hợp nhiều chuyển động cùng một lúc. Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình và như vậy có thểnâng cao độ tin cậy làm việc của máy. Hệđiều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với hệ điều khiển NC nhưng lại có những đặc tính mới mà các hệ điều khiển trước đó
không có.
2.3 Máy công cụ CNC
2.3.1 Máy công cụ CNC
Máy công cụCNC là bước phát triển cao từ các máy NC. Các máy CNC có một
máy tính dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công,
máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khảnăng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào. Máy CNC cũng có khảnăng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. Máy công cụ CNC bao gồm nhiều loại máy khác nhau như: Máy tiện
41 CNC, máy phay CNC, máy bào CNC, máy khoan CNC, máy mài CNC…hoặc các trung tâm gia công có số trục điều khiển là 2,3,4,5.
Cấu tạo máy công cụ CNC vềcơ bản giống với máy công cụ truyền thống. Sự
khác nhau là ở chỗ các thiết bị liên quan tới quá trình gia công được điều khiển bởi máy tính
Hệ thống CNC gồm 6 phần:
- Chương trình gia công (part program)
- Thiết bị đọc chương trình ( Program input device) - Hệđiều khiển máy (MCU)
- Hệ thống truyền động ( Drive System) - Máy công cụ ( machine Tool)
- Hệ thống phản hồi ( Feedback- system)
2.3.2 Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC
2.3.2.1. Hệ tọa độ máy CNC
Các trục tọa độ của máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động của các cơ
cấu máy dụng cụ cắt (hình 2.1)
Các trục tọa độđó là X, Y, Z. Chiều dương của trục X, Y, Z được xác định theo quy tắc bàn tay phải.Theo quy tắc này thì ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X, ngón tay giữa chỉ chiều dương của trục Z, còn ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y. Các trục quay tương ứng với trục X, Y, Z được ký hiệu bằng chữ A, B, C. Chiều quay dương là chiều quay theo chiều của kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều
dương của các trục X, Y, Z.
Trên các máy CNC ngoài các trục X, Y, Z còn có các trục khác, các trục này
được ký hiệu là U, V, W, trong đó U//X, V//Y, W// Z. …
Hình 2.3 Hệ trục tọa độ công cụ máy CNC
2.3.2.2. Hệ trục tọa độ máy tiện CNC
Các trục tọa độ và chiều của nó được trình bày trên hình 2.2; Hệ thống tọa độđược
xác định từ vị trí phôi và hướng nhìn theo trục chính từ mâm cặp đến ụđộng, nếu bàn xe dao ở bên nào của trục chính (trục +Z) thì trục +X sẽ hướng về phía đó.
42
Tương tự chiều quay của trụ chính (cùng chiều kim đồng hồ – CW hoặc ngược chiều kim đồng hồ – CCW) luôn được xác định theo hướng nhìn từ mâm cặp đến
ụđộng.
Hình 2.4 Hệ trục tọa độ máy công cụ tiện CNC
2.3.3 Các điểm chuẩn của máy