Trong các hệ thống phản hồi kiểu tương tự, chiều dài quãng đường S sẽ biến đổi thành một đại lượng tương tự, thường là dạng điện áp. Phần tử đơn giản nhất và phổ biến nhất là biến trở (Potentiometer). Tuy nhiên hiện nay nĩ được dùng rất hạn chế trong các máy cơng cụ. Các máy cơng cụ hiện đại dùng phổ biến các hệ thống đo theo nguyên tắc cảm ứng. Sự biến đổi sang đại lượng tương tự được thực hiện vơ cấp liên tục. Tuy nhiên độ chia vạch khơng phải nhỏ tuỳ ý. Tổng chiều dài đoạn dịch chuyển cần đo S phải được chọn cho một phần tử tương tự xác định, sao cho đơn vị lập trình nhỏ nhất vẫn cịn đo được một cách dễ dàng và giá trị đo cĩ thể được xử lý khơng khĩ khăn gì. Giá trị các giới hạn đưa ra trước hết cắn cứ vào các lỗi trong đặc tính biến đổi của hệ thống đo (ví dụ lỗi về tính tuyến tính và hệ số nhiệt trong biến trở kế) cũng như do hiện tượng trễ trong hệ thống khuyếch đại, của nguồn điện áp và do ảnh hưởng nhiễu đối với các điện áp rất nhỏ.
Ví dụ cần đo một đoạn dịch chuyển dài 10 mm với độ chia vạch 0,01 mm thì lỗi tổng cộng do tất cả các ảnh hưởng nêu trên phải nằm dưới 1% khoảng đo. Điều này địi hỏi trong kỹ thuật tương tự một sự tốn kém lớn. Bởi vậy khoảng đo của một bộ biến đổi (đát tríc) cần phải nhỏ hơn 10 mm với độ chia vạch yêu cầu. Để đo được những đoạn dịch chuyển lớn hoen, khoảng đo cĩ thể dùng chạy lặp, ví dụ trường hợp các hệ thống đo quay được dẫn động bằng một trục vít me. Khoảng đo và bước vít me phải được xác định trên cơ sở của nhau, trường hợp cụ thể là thơng qua khâu trung gian của truyền động đo. Qua độ lớn của đoạn dịch chuyển mà xác định độ chính xác của trục vít me.
Trong các hệ thống đo tịnh tiến, từng khoảng đo trùng nhau thường được xếp đặt ở dạng các đường đọc cảm ứng. Trên độ lớn của chiều dài đường dịch chuyển độ chính xác tổng cộng sẽ được xác định bởi độ chính xác của các đoạn kế cận nhau. Nhờ sự dịch chuyển lặp lại của các đoạn đo nhỏ, các hệ thống đo tương tự - cả trong trường hợp quay và tịnh tiến - đều đưa ra một sự rõ nét cao. Để cĩ sự tổng hợp rõ nét của các chiều dài đoạn dịch chuyển lớn hơn người ta ứng dụng các phương thức khác nhau sau đây:
Dùng các hệ thống đo tương tự ghép nối phân cấp cơ khí. Thơng thường chia thành 2 hoặc 3 cấp và gọi là hệ thơ, hệ trung gian và hệ tinh. Hệ thơ bao gồm tổng chiều dài đoạn dịch chuyển và chỉ điều khiển bàn máy đến vị trí cần mong muốn. Sau đĩ hệ trung gian và hệ tinh đảm nhận dịch chuyển chính xác đến vị trí đĩ. Như vậy thực chất của phép đo là tuyệt đối.
87
Dùng một hệ thống đo tương tự trong một mạch điều chỉnh cĩ phản hồi làm nhiệm vụ đồng hố một đại lượng dẫn thường xuyên thay đổi (giá trị cần) với các đại lượng đo (giá trị thực). Ta gọi là nguyên tắc dịng điện hay nguyên tắc đồng bộ. Ở đây khơng cho phép sai số điều chỉnh vượt quá khoảng đo tinh, nếu khơng sẽ mất tính đồng bộ.
Đại lượng dẫn được cấp trước nhờ một cụm tính nội suy. Phương pháp đo tuỳ thuộc cách làm việc của cụm tính tốn, chúng cĩ thể là phương pháp số gia hoặc tuyệt đối.
Hình 2-34. Resolver. a) Stato; b) Rơ-to
Dùng một hệ thống đo tương tự, trong đĩ các đoạn dịch chuyển được đếm bằng các khoảng đo tinh cho đến khi đạt chiều dài mong muốn. Phạm vi của các khoảng này được đo theo kiểu tương tự. Phương pháp đo trong khoảng đo tinh là tuyệt đối, nhưng trên tồn bộ chiều dài đo lại là gia số. Sự phối hợp các phương pháp đo như vậy gọi là phương pháp đo chu kỳ - tuyệt đối. Các giá trị đo thu thập được sẽ được xử lý tiếp tục trong bộ so sánh kiểu tương tự, mà giá trị đo được chuyển đổi thành một đại lượng số nhờ bộ biến đổi tương tự số (biến đổi D/A). Nhờ vậy mà cĩ thể hiển thị vị trí của bàn máy bằng số.
Các hệ phản hồi hiện đại thường dùng cảm biến tương tự dạng resolver và tachometer.
88
Hình 2-35. Sơ đồ điện của resolver
Resolver thực chất là một biến áp quay (hình 2-34). Resolver phát ra tín hiệu điện AC cho mỗi vịng quay của rơ-to. Resolver gồm một cuộn dây trên rơ-to và hai cuộn dây trên sta-to đặt lệch nhau 90o (hình 2-35).
Tachometer là máy phát tín hiệu DC (hình 2-36). Độ lớn của tín hiệu t lệ thuận với vận tốc quay của trục mà nĩ gắn trên đĩ (thường là trục động cơ). Dựa trên tín hiệu này mà người ta cĩ thể điều khiển hoặc duy trì tốc độ quay của động cơ điện dẫn động trục chính.
89
Chƣơng 3 CƠ SỞ LẬP TRÌNH GIA CƠNG CHO MÁY CNC 3.1. Các trục toạ độ và chiều chuyển động
Ký hiệu các trục toạ độ cũng như chiều chuyển động trên máy NC và CNC đã được tiêu chuẩn hố quốc tế.
3.1.1. Hệ thống các toạ độ
Hệ thống các toạ độ đề các được xác định theo qui tắc bàn tay phải. Theo đĩ ngĩn tay giữa hướng theo trục Z của máy NC; ngĩn trỏ theo hướng trục Y, cịn ngĩn cái - trục X. Nếu trục chính nằm ngang thì ngĩn tay giữa đặt nằm ngang (hình 3-1a), nếu trục chính thẳng đứng thì ngĩn tay giữa đặt thẳng đứng (hình 3-1b).
Trên máy NC và CNC cịn cĩ các trục quay như: trục của bàn quay, ụ quay. Các trục này được ký hiệu bằng các chữ A, B và C và cĩ thứ tự tương ứng với các trục tịnh tiến X, Y và Z. Nếu ta nhìn theo hướng dương của một trục toạ độ thì chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ là chiều quay dương (hình 3-2b).
a) b)
Hình 3-1. Qui tắc bàn tay phải xác định trục toạ độ máy CNC
a) Khi trục chính nằm ngang; b) Khi trục chính thẳng đứng
3.1.2. Quy định các toạ độ trên máy
a) Hệ toạ độ trên máy phay.
Trên các máy phay, trục chính mang dao cắt.
Cũng như ở các máy tiện, các trục Z chạy song song với trục chính của máy. Chiều dương của trục Z (+Z) chạy từ chi tiết đến dao. Khi dao chuyển động đến gần chi tiết theo trục Z thì chuyển động này theo chiều âm.
Các trục X thường nằm trong mặt phẳng gá đặt chi tiết, nĩi chung nằm song song với mặt phẳng kẹp chặt chi tiết gia cơng.
Thơng qua vị trí khác nhau của trục chính mà người ta phân biệt các trục X trên máy phay đứng và trên máy phay ngang.
Trên các máy phay ngang, khi ta nhìn theo hướng từ trục chính đến chi tiết gia cơng thì chiều dương của trục X chạy sang phải.
90
Khi ta xác định được các chiều của trục X và Z ta cĩ vị trí và chiều của trục Y. Ngồi các trục toạ độ X, Y và Z cịn cĩ các trục toạ độ khác song song với chúng. Các trục này được ký hiệu là U, V và W tương ứng song song với X, Y và Z. Ví dụ, trên trung tâm gia cơng cĩ các bộ phận trượt theo các trục U và W (hình 3-2b).
a) b)
Hình 3-2. Hệ thống trục toạ độ (a) và chiều của các chuyển động quay (b)
trên máy phay CNC trục đứng. b) Hệ toạ độ trên máy tiện
Trên các máy tiện, trục chính mang chi tiết quay trịn, dao cắt (dao tiện) thực hiện chuyển động tịnh tiến theo hướng X và Z.
Các trục Z chạy song song hoặc trùng với trục chính của máy. Chiều dương của trục Z (+Z) chạy từ chi tiết đến dao tiện, nghĩa là dao chạy xa khỏi chi tiết. Khi chuyển động theo hướng +Z các giá trị toạ độ tăng lên.
Chiều dương của các trục X (+X) chạy từ tâm quay của chi tiết đến giá dao. Theo qui định này thì chiều của các trục X sẽ khác nhau khi gá dao tiện ở phía trước hoặc phía sau tâm quay.
Hiện tại cĩ một số máy tiện CNC: loại hai trục toạ độ, trung tâm tiện 4 trục, trung tâm tiện nhiều chức năng cĩ khả năng phay, trung tâm tiện hai trục chính. Trong khuơn khổ tài liệu này chúng ta chỉ đề cập đến máy tiện CNC hai trục toạ độ.
Trục Z khi nào cũng đi qua trục chính dọc theo máy. Trục X vuơng gĩc với trục Z và hướng về phía người vận hành nếu bàn xe dao nằm phía người vận hành (hình 3-3a). Khi bàn dao nằm phía bên kia chi tiết thì trục X hướng ra xa người vận hành (hình 3-3b).
91
a) b)
Hình 3-3. Hệ thống toạ độ trên máy tiện. Trục X hướng về người vận hành (a) và
hướng ra xa người vận hành (b).
Các trục toạ độ của máy tiện CNC như sau:
Địa chỉ trục CNC Trục của máy
Trục thứ nhất: X (lập trình tuyệt đối). U (lập trình tương đối)
X Trục thứ hai: Z (lập trình tuyệt đối).
W (lập trình tương đối)
Z U (lập trình tương đối).
Trục thứ ba: C (lập trình tuyệt đối) H (lập trình tương đối)
U, V hoặc trục quay Trục thứ tư: Y (lập trình tuyệt đối)
V (lập trình tương đối)
U, V hoặc trục quay Chiều của các trục toạ độ như sau:
+X hoặc +U khi bàn trượt ngang dịch chuyển ngang ra xa ụ trục chính. -X hoặc -U khi bàn trượt dịch chuyển ngang về phía ụ trục chính. +Z hoặc +W khi bàn dao dịch chuyển dọc ra xa ụ trục chính. -Z hoặc -W khi bàn dao tiến dọc về phía ụ trục chính.
c) Chiều chuyển động trên máy.
Trong trường hợp chi tiết gia cơng chuyển động thay cho dao, chuyển động của đồ gá mang chi tiết được ký hiệu là X’, Y’ và Z’, A’, B’ và C’ và ngược với chiều chuyển động của dao.
Chuyển động của dao theo chiều dương của trục X (+X) cũng cĩ cùng một tác động như chuyển động theo chiều dương của chi tiết (+X’).
3.1.3. Các điểm gốc (ZERO) và các điểm chuẩn (tham khảo)
Vị trí chính xác của các hệ thống toạ độ do các điểm ZERO quyết định. Để đơn giản hố trong vận hành và trong lập trình, ngồi các điểm ZERO cịn các điểm chuẩn khác.
92 a) iểm gốc của máy M
Điểm gốc của máy ký hiệu là M. Đây là gốc của hệ thống toạ độ máy do nhà sản xuất xác định theo kết cấu động học của máy. Trên máy phay điểm ZERO thường nằm tại điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy. Trên máy tiện điểm này là giao điểm của trục quay và mặt bích của trục chính (nơi lắp mâm cặp). Như vậy gốc toạ độ máy tạo ra khơng gian làm việc của máy CNC.
p N E T F Ww Điểm ZERO máy
Điểm ZERO phôi
Điểm tham khảo trở về
Điểm chuẩn của bàn trượt Điểm cắt của dao
Điểm ZERO chương trình
Điểm điều chỉnh dụng cụ Điểm gá lắp dụng cụ Điểm chuẩn của đài dao
Điểm thay dụng cụ j) h) e) d) b) a) c) f) g) i) A Điểm tỳ k) W R P M
Hình 3-4. Ký hiệu các điểm ZERO và điểm chuẩn
Điểm ZERO máy được sử dụng trong các trường hợp sau:
- Cài đặt máy. Rất nhiều máy CNC cần cĩ điểm ZERO trước khi thực hiện chương trình nào đĩ.
- Điểm ZERO máy được coi như điểm tham khảo (điểm chuẩn) để xác lập các điểm khác. Các điểm gốc làm việc, gốc của chương trình, điểm tham khảo trở về được định nghĩa và xác lập từ điểm ZERO máy.
- Điểm thay dao. Đây là điểm để trục chính máy trở về (theo trục Z) khi cần thay dao.
Ký hiệu của điểm ZERO máy thể hiện trên hình 3-4a.
b) iểm gốc của chi tiết W
Điểm gốc của chi tiết ký hiệu là W. Đây là gốc của hệ thống toạ độ chi tiết. Vị trí của điểm này do người lập trình tự lựa chọn và xác định. Thơng thường người lập trình cần phải chọn điểm W sao ở vị trí thuận lợi trên bàn máy sao cho kích thước trên bản vẽ gia cơng cũng là các giá trị toạ độ trong hệ thống toạ độ của chi tiết.
93
Ký hiệu của điểm ZERO phơi thể hiện trên hình 3-4b.
P M W X Y 50 30 Mặt bàn máy
Hình 3-5. Ba điểm zero (điểm chuẩn) khi gia cơng chi tiết
c) iểm gốc của chương trình P
Các toạ độ dựa trên hệ toạ độ máy khơng cĩ ý nghĩa thực tiễn cho việc lập trình bởi vì nĩ khơng liên quan trực tiếp (do not mach) với hệ toạ độ là việc. Điều này địi hỏi người lập trình chọn điểm thuận lợi mà từ đĩ các toạ độ trên biên dạng chi tiết được đo và thể hiện. Điểm ZERO của chương trình là điểm cần phải được chọn trước khi lập trình và tốt nhất là dao sẽ ở đĩ khi bắt đầu thực hiện chương trình. Theo định nghĩa này thì đối với chi tiết phức tạp ta cĩ thể chọn nhiều hơn một điểm gốc chương trình, trong đĩ điểm gốc của chương trình cĩ thể trùng với điểm gốc của hệ toạ độ làm việc. Nhiều điểm gốc của chương trình cĩ thể xác định trên cơ sở điểm gốc của hệ toạ độ làm việc.
Ký hiệu của điểm này trên hình 3-4c.
Mối quan hệ của các điểm ZERO máy, ZERO phơi và điểm ZERO chương trình thể hiện trên hình 3-5. Điểm ZERO của chương trình là tâm của đường trịn phân bố lỗ cần khoan, trong khi đĩ gốc của hệ toạ độ chi tiết điểm bên trái phía dưới của chi tiết. Chú ý rằng điểm gốc của chương trình cần được xác định tại toạ độ X50 và Y30 trong hệ toạ độ chi tiết. Hệ toạ độ chi tiết được xác định bằng mã G92 hoặc G54.
d) iểm chuẩn trở về của máy R (điểm tham khảo)
Điểm chuẩn trở về của máy ký hiệu là R. Đây là điểm dùng để bàn máy hoặc trục chính lùi về. Cĩ thể cĩ nhiều hơn một điểm chuẩn trở về, trong đĩ điểm đầu tiên là điểm ZERO máy. Các điểm khác được cài đặt cho những mục đích chuyên biệt. Trong các máy cĩ hệ thống đo chiều dài dịch chuyển, các giá trị đo sẽ mất khi bị mất nguồn điện. Để hệ thống đo trở lại trạng thái trước đĩ cần phải thiết lập một điểm
94
chuẩn để xác định vị trí ban đầu. Trong trường hợp gặp sự cố cần phải lấy lại điểm chuẩn này.
Ký hiệu của điểm này trên hình 3-4d.
e) iểm tì A
Điểm tì A là giao điểm của các đường trục và mặt phẳng tì. Trên các máy tiện, mặt phẳng tì nằm ngay tại mâm cặp hoặc ống kẹp.
Ký hiệu của điểm này trên hình 3-4k.
f) iểm thay dao Ww
Để tránh va đập vào chi tiết gia cơng, khi thay dao, ụ dao phải chạy đến điểm thay dao Ww. Ký hiệu của điểm này trên hình 3-4j.
g) iểm điều chỉnh dao E
Điểm điều chỉnh dao ký hiệu là E. Đây là điểm để xác định vị trí của dao khi lắp lên máy cũng như để điều chỉnh (hoặc đo) chiều dài của dao.
Ký hiệu của điểm này trên hình 3-4i.
h) iểm gá dao N
Điểm gá dao ký hiệu N. Trên các máy phay điểm gá dao nằm ở mặt đầu trục chính, cịn trên các máy tiện điểm gá dao nằm trên các mặt phẳng của đầu revonve. Khi lắp dao điểm gá dao N và điểm điều chỉnh dao E sẽ trùng nhau. Ký hiệu của điểm gá dao phay và điểm điều chỉnh chiều dài dao phay thể hiện trên hình 3-6. Ký hiệu của điểm này trên hình 2-4h.
Điểm E,N
E
N
Vạch chuẩn
Điểm điều chỉnh dao E Điểm gá dao N
Hình 3-6. iểm chuẩn lắp dao và điều chỉnh chiều dài dao
i) iểm cắt của dao p
Điểm cắt của dao cĩ ký hiệu là p. Đĩ là điểm thực khi bán kính lưỡi cắt (đỉnh dao) rất nhỏ hoặc bằng 0. Nếu bán kính đỉnh cắt lớn thì để dễ lập trình ta chọn điểm ảo
95
(kéo dài các lưỡi cắt). Khi bán kính đỉnh dao quá lớn thì ta chọn điểm tâm của cung trịn đỉnh dao làm điểm lập trình (hình 3-7). Ký hiệu của điểm này trên hình 3-4e.
p p
Hình 3-7. iểm cắt của dao p
j) iểm chuẩn của bàn trượt F
Điểm chuẩn của bàn trượt ký hiệu là F được sử dụng để xác định các điểm