Các cảm biến đo của máy CNC cần phải đảm bảo độ chính xác cao trong khi giới hạn đo rất rộng. Vì vậy các cảm biến đo này cĩ một số đặc điểm khác với những cảm biến truyền thống thường dùng để đo dịch chuyển dài. Ví dụ nhiều cảm biến đo kiểu điện cĩ độ chính xác 1 - 2 m trong giới hạn đo 100 - 200 m cho ta sai số tương đối khoảng 1%. Như vậy chúng được coi là những cảm biến đo cĩ độ chính xác yêu cầu. Nhưng đối với những máy CNC sai lệch 10 - 20m trong giới hạn đo 1000 mm hoặc lớn hơn cho sai số tương đối 0,0001%. Với độ chính xác như vậy những cảm biến đo truyền thống khơng thể đáp ứng yêu cầu đặt ra. Trên các máy cơng cụ trước
81
kia để bảo đảm độ chính xác gia cơng người ta cịn sử dụng các phương tiện đo tích cực trực tiếp đo kích thước của chi tiết gia cơng. Tuy nhiên những phương tiện này là những phương tiện chuyên dùng, do đĩ cũng khơng thích hợp trong việc kiểm tra kích thước của những chi tiết gia cơng trên máy CNC.
Đối với những máy CNC người ta phải tìm những giải pháp đo lường khác hẳn nhằm bảo đảm độ chính xác gia cơng: Đĩ là phương pháp đo gián tiếp bảo đảm độ chính xác vị trí của dao so với chi tiết. Các tín hiệu đo quãng đường dịch chuyển5 liên tục được đưa về hệ thống điều khiển để hiệu chỉnh vị trí của dao so với chi tiết. Ngồi ra đại bộ phận các máy CNC làm việc theo nguyên tắc phản hồi hay tác dụng kín, trong đĩ tín hiệu phản hồi được lấy từ hệ thống phản hồi (đo đường dịch chuyển). Độ chính xác của máy CNC vì thế phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống phản hồi. Rõ ràng là cần phải hiểu biết tốt về các hệ thống phản hồi trước khi xem xét bao quát tồn bộ quá trình điều khiển máy. Cĩ rất nhiều hệ thống phản hồi được thiết kế chế tạo mà sự khác biệt giữa chúng chủ yếu do giải pháp kỹ thuật linh kiện. Trên cơ bản chúng đều dựa vào một số nguyên tắc, mà theo đĩ ta cĩ thể chia các hệ thống phản hồi thành các nhĩm sau:
- Theo hình thức truyền động, từ đĩ trích lấy giá trị đo:
o Hệ thống phản hồi tịnh tiến.
o Hệ thống phản hồi quay.
- Theo hình thức định lượng giá trị đo:
o Hệ thống phản hồi số.
o Hệ thống phản hồi tương tự. - Theo nguyên tắc đo:
o Hệ thống phản hồi gia số.
o Hệ thống phản hồi tuyệt đối.
Khi xây dựng hệ thống phản hồi người thiết kế đứng trước sự lựa chọn hệ thống tịnh tiến hay quay, bởi vì đây là hai cách duy nhất để cĩ thể lấy tín hiệu về quãng đường dịch chuyển của bàn máy hay của chi tiết.
Với một hệ thống tịnh tiến, nghĩa là với một thước thẳng ta cĩ thể đạt được độ chính xác cao nhất. Đĩ là vì hệ thống tịnh tiến khơng cần tới một hình thức truyền dẫn cơ khí trung gian nào giữa bàn máy hay hệ thống phản hồi. Ngay cả vít me và hệ thống khơng phụ thuộc vào lực tác động lên trục dẫn động và độ chính xác của các khâu động học.
Hệ thống quay phản hồi thơng qua đo số vịng quay của trục vít me dẫn động hoặc qua khâu truyền động trung gian bánh răng - thanh răng. Do cĩ khâu truyền động cơ khí trung gian mà hệ thống quay khơng thể cĩ số vạch chia đủ lớn và độ chính xác
5
Thực ra đây là các hệ thống đo vị trí của bàn máy hoặc dao cắt so với điểm chuẩn (thường là điểm zero phơi).
82
cao như thước đo thẳng trong hệ thống tịnh tiến. Nhưng một hệ thống quay trong nhiều trường hợp lại đơn giản hơn, rẻ tiền hơn hệ thống tịnh tiến. Trường hợp phổ biến nhất và đơn giản nhất là sử dụng trực tiếp vít me bàn máy làm trục đo. Như vậy đặt ra những yêu cầu kỹ thuật cao khi chế tạo trục vít me này. Chẳng chúng ta độ cứng vững và độ chính xác cao sẽ khử bỏ được hiệu ứng bước nhảy do hệ số ma sát trên từng đoạn dịch chuyển khơng đều nhau, hoặc do độ cứng vững của các chi tiết máy khơng đảm bảo, đặc biệt khi trượt.
Hiệu ứng này gây ra lỗi chỉ thị khơng mong muốn trên thang đo, ảnh hưởng đến độ chính xác định vị (hiệu ứng này thường được gọi là hiệu ứng S-S-E: Stick-Slip- Effekt). Khâu dẫn động phải khử bỏ được mọi khe hở điều chỉnh và bản thân chúng phải ít mịn. Những yêu cầu kỹ thuật nĩi trên chỉ cĩ thể thoả mãn khi sử dụng vít me - đai ốc lăn.
Khi dùng bánh răng - thanh răng làm khâu truyền động trung gian cho hệ thống đo thì kết quả đo khơng phụ thuộc vào vít me bàn máy nữa nhưng bản thân bộ truyền thanh răng - bánh răng phải cĩ độ chính xác cao nhất. Ngồi địi hỏi phải cĩ một bánh răng đo trung gian giữa hệ thống đo và hệ thống truyền động với độ chính xác rất cao. Nếu chỉ cĩ thần tuý cặp truyền động bánh răng - thanh răng thì khả năng chia độ vẫn chưa đủ.