Máy tiện CNC

ng một chương trình điều khiển có hệ thống. Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ, các đại lượng đầu vào là các dữ liệu, thông tin đã được mã hoá. Thông tin trong một chương trình điều khiển số trên máy công cụ bao gồm: Thông tin hình học Là hệ thống thông tin điều khiển chuyển động tương đối giữa dao cụ và chi tiết, có liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt, nó còn được gọi là thông tin về đường dịch chuyển ( Các thông tin này được hình thành trên đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học muốn tạo ra ). Thông tin công nghệ Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với các điều kiện công nghệ yêu cầu như: Chuẩn hoá các gốc toạ độ, chọn chiều sâu lát cắt, chọn tốc dộ chạy dao, số vòng quay trục chính, vị trí xuất phát của dao, đóng ngắt dung dịch trơn nguội, đo lường và kiểm tra... 3. Máy công cụ điều khiển chương trình số ( Machine – CNC ) Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình viết bằng mã kí tự số, chữ cái và các kí tự nguyên khác. Trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vi xử lý mP ( Micro Processor ) là việc với chu kì thời gian từ 1 đến 20 ms và có bộ nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của hệ thống điều khiển số như: Tính toán toạ độ trên các trục điều khiển thơ thời gian thực, giám sát các trạng thái của máy, tính toán các giá trị chỉnh lí dao, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng, thực hiện so sánh các giá trị cần với các giá trị thực... II. Các dạng điều khiển số Để điều khiển bàn dao hoặc trục chính bằng các cơ cấu servo, các motor dẫn động được điều khiển quay theo các góc xác định. Tuy nhiên do các motor dùng trên máy CNC là các motor servo điều khiển góc quay bằng các xung điện, mỗi một xung thì trục motor lại quay được một góc nào đó và tương ứng với nó là bàn dao hoặc trục chính dịch chuyển được một khoảng. Đây chính là giới hạn độ chính xác dịch chuyển của bàn dao. Thông thường giá trị giới hạn này được đặt bằng 10mm ( 0,01mm) hoặc 1mm ( 0,001mm) tuỳ theo loại máy. Trong một máy công cụ trang bị chức năng điều khiển theo hai trục ( 2 Axis control ), một vị trí nào đó sẽ được đặt trong một lưới trong mặt phẳng như trong hình (I.1). Đối với trường hợp điều khiển theo ba trục (3 Axis control), một vị trí nào đó sẽ được đặt trong một hình hộp như hình (I.2) Hình 1.1.1Xác định vị trí trong trường hợp điều khiển 2 trục Hình 1.1.2 Xác định vị trí trong trường hợp điều khiển 3 trục Tuỳ thuộc vào cấu trúc các máy CNC, có loại quá trình cắt được thực hiện do dụng cụ cắt chuyển động, có loại quá trình cắt do phôi chuyển động. Tuy nhiên đặc điểm chung của chúng là quá trình cắt được thực hiện do sựchuyển động tương đối của dụng cụ và phôi. Trong khi lập trình trên máy CNC, chương trình được lập ra với quan điểm dụng cụ cắt thực hiện quá trình cắt còn phôi đứng yên. Với quy ước như vậy ta có thể minh hoạ qúa trình cắt và hiểu được nó một cách dễ dàng. Để điều khiển dịch chuyển của dụng giữa hai điểm, có thể có hai dạng điều khiỉen trong hình (I.3) là điều khiển vị trí, hình (I.4) là điều khiển theo đường. 1. Điều khiển theo vị trí Trong trường hợp này dụng cụ dịch chuyển nhanh theo hai trục theo toạ độ của đIểm đầu và đIểm cuối mà không cần xác định đường dẫn chi tiết từ điểm đầu đến điểm cuối. 2. Điều khiển theo đường ( Contour) Trong trường hợp này dụng cụ cắt được điều khiển di chuyển từ điểm đầu đến điểm cuối dần dần từng bước một để nó khỏi trệch khỏi đường đi xác định. Với phương pháp điều khiển này có thể cắt được các đường như: đường thẳng, cung tròn, các bề mặt có đường cong tự do ... tuỳ thuộc vào số trục mà nó có thể điều khiển đồng thời. Hình 1.1.3 Điều khiển theo vị trí Hình 1.1.4 Điều khiển theo đường Trong hệ thống điều khiển 1 trục, số trục được điều khiển đồng thời là một trục, hệ thông điều khiển này hầu hết được sử dụng để định vị trước khi khoan và ta rô (Hình I.5.a) Trong hệ thống điều khiển 2 trục, số trục có thể điều khiển đồng thời là hai. Sử dụng hệ thống điều khiển này có thể gia công được các chi tiết có dạng như hình (I.I.5.b) Trong hệ thống điều khiển 2 trục được sử dụng để cắt các chi tiết có dạng ba kích thước như hình (I.I.5.c). Trong hệ thống này, khi dụng cụ thực hiện chuyển động đồng thời theo hai trục thì nó không dịch chuyển theo hướng trục thứ ba. Và khi dụng cụ cắt theo chiều sâu dọc theo trục thứ ba thì nó không dịch chuyển theo hai trục còn lại. Hệ thống như thế này được gọi là thống điều khiển 2trục để phân biệt với hệ thống điều khiển 3 trục. Trong hệ thống điều khiển phức hợp theo 3 trục, cả ba trục được điều khiển đồng thời, máy gia công được các chi tiết có dạng như hình (I.I.5.d) Với sự tăng lên của số trục được điều khiển, các máy công cụ CNC ngày càng được trang bị những tính năng cao cấp để gia công những chi tiết có hình dạng kết cấu phức tạp. Chân vịt cho tàu thuỷ, cánh quạt dùng cho máy bay, cánh tuốcbin cho các động cơ máy bay ... là các sản phẩm được gia công trên các máy điều khiển 5 trục. (a) Điều theo khiển 1 trục (b) Điều khiển theo 2 trục (c) Điều khiển theo 2 trục (d) Điều khiển theo 3 trục Hình (1.1.5) Điều khiển theo đường Chương 2: Chức năng và cấu tạo của hệ điều khiển I. Dòng lưu thông tín hiệu trong hệ điều khiển số Sơ đồ dưới đây trình bày dòng lưu thông tín hiệu trong hệ điều khiển số. Trong đó chia thành các lớp thông tin sau đây: Bảng điều khiểnu khiển Tay quay Đầu đọc Máy vi tính Dữ liệu chương trình Dữ liệu hiệu chỉnh Dữ liệu dao Dữ liệu máy Chuẩn bị thông tin Xử lý thông tin Điều chỉnh vòng quay trục chính Điều chỉnh vị trí Điều chỉnh thích ứng Rơle vòng quay Hiệu chỉnh dòng Truyền động chạy dao Rơle vòng quay Hiệu chỉnh dòng Tổng thể của máy công cụ Truyền động chạy dao Lớp 1 Nạp dữ liệu Lớp 2 Lưu trữ Lớp 3 Lưu chuyển Lớp 4 Lưu xử lý Lớp 5 Điều chỉnh Lớp 6 Điều khiển toàn máy Hình 1.2.1 Sơ đồ lưu thông tín hiệu Lớp 1: Nạp dữ liệu Nạp dữ liệu bằng tay: Nhờ bảng điều khiển. Nạp dữ liệu bằng tay: Nhờ cơ cấu cơ khí. Dạng cấp tín hiệu này giới hạn cho việc gia công các chi tiết lẻ, kết cấu đơn giản hoặc cho các quá trình điều khiển máy. Nạp dữ liệu bằng các vật mang tin (Băng từ, đĩa từ, compact). Nạp trực tiếp (Online) từ bộ nhớ của một máy tính điều hành gia công. Lớp 2: Lưu trữ. Thông tin đầu vào được lưu trữ trong các bộ nhớ bán dẫn. Chương trình gia công chi tiết, các dữ liệu về dao cụ và giá trị hiệu chỉnh được lưu trữ trong bộ nhớ RAM. Các dữ liệu hiệu chỉnh máy cũng được lưu trữ trong bộ nhớ RAM hoặc trong bộ nhớ EAROM. Các dữ liệu chương trình cho cụm điều khiển tương thích (Điều khiển khả trình = PC: Programable Control) được lưu trữ trong bộ nhớ PROMS. Lớp 3: Lưu chuyển. Trong lớp này, các dữ liệu chương trình được sử lý. Đường dịch chuyển cần được thực hiện trong câu lệnh kế tiếp được tính toán quỹ đạo tương quan với biên dạng lập trình được tìm ra có tính đến khoảng cách bằng bán kính dao. Các thủ pháp kiểm tra, nghiệm lại những thông số chương trình quan trọng như điểm kết thúc của một đường cong phi tuyến ... Lớp 4: Lưu xử lý Lớp này bao gồm các bộ nội suy, tìm ra những giá trị cần về vị trí cho mạch điều chỉnh vị trí trên từng trục chạy dao. Nó cũng đưa ta các số liệu điều khiển trục chính công tác cũng như điều khiển chung cho toàn máy. Lớp 5: Điều chỉnh Gồn các cụm điều chỉnh vị trí, điều chỉnh tốc độ chạy dao đã lập trình, tuỳ thuộc vào vị trí tức thời của mỗi trục Lớp 6: Điều khiển toàn máy II. Xử lý thông tin trong điều khiển số Hình 1.2.2 Trình bày sơ đồ xử lý các dữ liệu chương trình trong điều khiển số. 1. Điều khiển đọc điều khiển đọc vao quát cả quá trình đọc tin. Nó kiểm tra các thông tin đã được đọc về tính đúng đắn của hình thực cấu trúc tin (Tính chẵn của số bỉ trong mã theo chuẩn IOS hoặc tính lẻ thưo chuẩn EIA) và ngừng ngay quá trình đọc khi thấy các cấu trúc tin mắc lỗi. 2. Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện các bước xử lý song song (xử lý đồng thời) các thông tin của một công đoạn gua công vốn đã được đọc vào theo thứ tự từng bước (Dạng chuyển động, toạ độ của điểm kết thúc chuyển động, tốc độ trên đường biên dạng, số vòng quay và chiều quay của trục chính). Dung lượng bộ nhớ của các hệ CNC hiện đại cho phép nội dung thông tin của nhiều chường trình con được lưu gữ cùng lúc trong bộ nhớ. 3. Cụm tính toán điều chỉnh Cụm tính toán điều chỉnh có nhiệm vụ đảm bảo các dữ liệu chương trình đọc và phù hợp với không gian làm việc của máy. Các tính toán hiệu chỉnh còn được đòi hỏi nhằm: Đảm bảo vị trí của hệ toạ độ chi tiết gia công trong hệ toạ độ máy. Nhờ vậy trong chương trình, tất cả các toạ độ điểm trên biên dạng chi tiết đều được tính dựa trên cơ sở hệ toạ độ chi tết gia công. Đảm bảo có tính đến sai lệch giữa kích thước ắp thực tế của dao so với kích thước danh nghĩa, chúng thường làm cơ sở cho các chương trình con. Đảm bảo tính toán biên dạng tương đương so với biên dạng chi tiết trong khoảng cách bằng bán kính dao. 4. Bộ nội suy Bộ nội suy tính toán toạ độ của các điểm trên đường dịch chuyển đọc theo biên dạng cần. Việc tính toán dựa vào tốc độ tiến dao, chiều dài đoạn biên dạng... để cuối cùng được tín hiệu điều khiển động cơ chạy dao. III. Cấu trúc của hệ điều khiển CNC. Hình 1.2.2 Cấu trúc của hệ điều khiển CNC Hình 1.2.2 Trình bày cấu trúc điển hình của một hệ điều khiển CNC đa xử lý. Đặc tính cơ bản của hệ là bao hàm một Bus thông tin song song tiêu chuẩn và những môdul phần cứng tiêu chuẩn. 1. Bus thông tin song song Bus là một đường dẫn liên hệ cho các tín hiệu. Tất cả các cấu tử phần cứng trong hệ điều khiển đều được ghép nối liên hệ với Bus. Đường dẫn trong bus có tác dụng hai chiều (Bidirectional) nghĩa là tín hiệu trong bus theo hai chiều ngược nhau. Kề bên bus có thể cài đặt nhiều modul tác dụng, modul tác dụng có thể giải quyết một lưu thông tín hiệu. 2. Modul phần cứng tiêu chuẩn Bộ xử lý trung tâm cho điều khiển quá trình trung tâm Các bộ xử lý cho những nhiệm vụ điều khiển cụ thể khác nhau. Bộ nhớ các dữ liệu điều khiển và dữ liệu máy Modul xử lý hình học cho từng trục riêng lẻ. Các giao diện ‘Interface’ vào/ ra – nhị phân cho xử lý các dữ liệu công nghệ. Các giao diện có tính trình tự để ghép nối các điều khiển ngoại vi. IV. Mô tả chức năng của hệ điều khiển số đa xử lý Hình 1.2.2 Cấu trúc của hệ điều khiển CNC 1. Các khối chức năng của cụm điều khiển trung tâm Cụm điều khiển trung tâm SUP (Supervisor). Đó là một vu xử lý có cấu trúc như hình 1.2.2 Giao diện lọc số DIF (Digial Filter Interface). Khối này có ba nhiệm vụ Ghép nối cụm điều khiển trung tâm với các cụm chức năng khác. Là mạch logic chuyển các dữ liệu sang dạng trình tự. Là bộ lọc số đầu vào: bộ lọc kiểm tra các đầu vào theo chu kỳ. Mỗi biến đổi của tín hiệu vào phải dừng lại tối thiểu trong bốn chu kỳ kiểm tra liên tiếp nhau trên. Cùng một mức logic, qua đó mạch lọc sẽ thông báo cho hệ điều khiển sự biến đổi. Bộ nhớ của cụm điều khiển trung tâm và giao diện sẽ SMI (Supervisor Memory Interface). Khối chức năng này bao gồm các EPROM (Erasable Programble Read Only Memory = ROM có thể xoá được). Bộ nhớ hàm chứa các chương trình làm việc của cụm điều khiển trung tâm và trong một nhóm cấu trúc thứ hai nó chứa các thông tin điểu khiển cho giao diện với máy công cụ. Biến đổi đầu vào IC (Input Conditioner) Trong mạch này các tín hiệu đầu vào được chuyển đổi thành các tập tín hiệu cần cho các mạch logic. Các mạch đa chức năng sẽ tiếp nhận và chuyển giao các thông tin đầu vào cho mạch lọc số đầu vào. Mạch này bao gồm những mạch của bộ cấp dữ liệu đàu ra, những logic giải mã và các mạch lưu trữ dùng để tếp nhận và lưu trữ các dữ liệu trình tự từ mạch loạc đầu vào. Bộ điều khiển dữ liệu DC Bộ điều phối dữ liệu có nhiệm vụ sau đây: Là giao diện chính cho các thông tin nạp từ các nút bấm của bảng điều khiển. Là giao diện đầu ra cho các thông tin bới màn hình hiển thị và tạo khuôn cho các bộ hiện thị. Là giao diện vào ra cho các trang bị ngoại vi Đảm nhiệm chức năng phụ cho điều khiển thích ứng để có thể lập trình cho bộ nhớ. Tạo khuôn cho các khối chương trình để chuẩn bị chuyển giao cho đièu chỉnh vị trí của các trục chuyển động. 2. Các điều phối dữ liệu DC (Date Controller) Cụm xử lý MPU (Mcroprocessor Unit) Ngoài vi xử lý, cụm này còn có một bộ phát tín hiệu chu kỳ cho vi xử lý, một giao diện với bus, một giao diện cho cửa vào bộ nhớ trực tiếp DMA (Direcr Memory Access) và một logic điều khiển ngắt. nhờ bộ ngắt này mà các lệnh đi tới từ phím bấm có mức ưu tiên hơn các lệnh hệ thống khác. Bộ nhớ chương trình PGM (Program Memory) Bộ này gồm các EPROM để lưu trữ các chương trình hệ thống của bộ điều phối dữ liệu và các RAM để nhớ các thông tin điều chỉnh máy, số liệu về dao và các giá trị chỉnh lí dao cũng như dữ liệu của các chương trình con. Các bộ RAM này thường là các bộ nhớ điện tích hay là từ hoá để khi mất nguồn điện thì các thông tin lưu trữ không bị mất. Bộ cấp dưc liệu đầu ra OD (Output Driver) 3. Bộ điều khiển các trục (Axis Controller) Bộ này có riêng một vi xử lý mP. Tại đây thực hiện tất cả các bước tính toán cần thiết cho các chuyển động tịnh tiến, các chuyển động phi tuyến, các chu kỳ công tác cũng như các biến đổi kích thước đo, vùng đo. Nó có các cụm chức năng say đây: Bộ xử lý cho các trục APA (Axis Processor Arithmetic) Một vi xử lý chạy nhanh hình thành cụm tính số cho điều khiển Vi xử lý điều khiển trục APMC (Axis Processor Microcontroller) Cụm chức năng này bao gồm các EPROM lưu giữ các mac lệnh điều khiển chuyên dụng, ngoài ra còn có logic nhảy, logic kiểm tra, logic cấp các địa chỉ kế tiếp và bộ giải mã các lệnh điều khiển. Bộ nhớ các trục APGM (Axis Program Memory): Bao gồm các EPROM lưu trữ chương trình điều khiển các trục. Giao diện máy/ hệ điều khiển MIC (Machine Interface Control) Trong cụm chức năng này có bộ tính toán vi phân số (Cho các máy dùng bộ điều khiển nội suy theo phương pháp DDA) để nội suy chính xác đường biên dạng tạo hình. Bộ chỉ dẫn đường dịch chuyển, kiểm tra chiều dịch chuyển và bộ truy nhập các vị trí tuyệt đối. Mỗi một trục điều khiển đều có đầy đủ các bộ phận nêu trên. Giao diện máy Vào/ Ra MIIO (Machine Interface Input/ Output) Phần bù số liệu máy MCD (Machine Conpensation Date) Nó bao gồm bộ biến đổi tương tự/ số – A/D (Analog/Digital) để biến đổi các đậi lượng tương tự thành các đaịi lượng ra từ các biến áp, là phần bù lỗi do đảo chiều của các trục chạy daom, do các biến đổi lượng chạy dao bằng tay MFO (Mamual Feedrate Override) hoặc do thay đổi bằng tay số bòng quay trục chính. Ngoài ra còn xử lý các tín hiệu phản hồi của tốc độ trục chính. Điều khiển xung trục chính SPPC (Spindle Pulse Control) Khi cắt ten hoặc khi lập trình chọn lượng chạy dao tính bằng mm/vòng quay trục chính thì mạch này sữ điều khiển truyền động chạy dao phụ thuộc vào số vòng quay trục chính. Ngoài ra nó còn xử lý các tín hiệu phản hồi của bộ đo tốc độ trục chính. Giao diện trục/ hệ đo AEI (Axis Encoder Interface) Cụm chức năng này dùng trên các máy có hệ thống đo lường dịch chuyển bằng cảm biến resolver. Tuy nhiên nó cũng có thể áp dụng trên các máy đo số mà các tín hiệu đo của nó được biến đổi sao cho có thể xử lý tiếp tục như tín hiệu từ resolver. Chương 3: Các cơ cấu và các bộ phận của một hệ thống điều khiển số I. Chuyển động chính Hình 1.3.1 Chuyển động chính của máy CNC 1- Đông cơ chính 2- Đai răng 3- Đo tốc độ Trục chính 4- Trục chính 5- Chi tiết gia công 6-Dao Trên các máy CNC , thường cho phép người vận hành chọn tốc độ quay cho trục chính (Theo vòng/phút hoặc theo m/phút) và tốc độ quay này cũng thay đổi tuỳ theo yêu cầu công nghệ trong một nguyên công nào đó. Trong một chương trình gia công thì tốc độ quay của trục chính sẽ có nhiều biến đổi. Điều đó đòi hỏi động cơ dùng cho chuyển động chính phải là loại động cơ điều chỉnh vô cấp tốc độ. Các loại động cơ servo được dùng nhiều trên các máy công cụ NC, CNC. Động cơ servo là một loại động cơ mà có các đặc điểm là tốc độ vòng quay, tốc độ dịch chuyển, chiều quay của nó được kiển tra bằng cảm biến và được phản hồi trở lại tới động cơ. ở đây ta chỉ quan tâm đến động cơ servo dòng xoay chiều trong đó vị trí và tốc độ được cảm nhận. Nguyên tắc hoạt động của loại động cơ này khác với các loại động cơ thông thường do những yêu cầu cao về tốc độ và đáp ứng nên thường được lắp đặt trên các máy công cụ NC, CNC. Động cơ servo thở mãn được các yêu cầu: Quán tính của trục rotor nhỏ. Truyền được mômen xoắn lớn. Các hằng số về điện và cơ nhỏ. Bộ phát lệnh về vị trí Bộ đếm sai lệch Biến đổi D/A Khuếch đại sai lệch Khuếch đại công suất Biến đổi F/V Bộ mã hoá Phản hồi vị trí E M Hình 1.3.2. Hệ thống điều khiển servo Hình vẽ trên trình bày một phương pháp định vị của động cơ servo. Và cấu trúc của một động cơ servo được chỉ ra như trong hình 1.3.1 1. Động cơ servo dòng một chiều Trong các loại động cơ servo thì động cơ servo dòng một chiều thường được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: Robot công nghiệp, điều khiển các bàn máy (X – Y ). Do so với các loại động cơ khác nó có chi phí thấp hơn và điều khiển dễ hơn Trong hầu hết các trường hợp, động cơ servo dòng một chiều đều dùng nam châm vĩnh cửu để kích từ. Nam châm sắt từ cũng được dùng chủ yếu do chi phí thấp, hiệu suất cao và lực từ sinh ra mạnh. Động cơ servo DC được sử dụng phổ biến trong máy công cụ điều khiển số . các cuộn pha của động cơ lắp trên Stato và roto là nam châm vĩnh cửu .Ro to được làm từ vật liệu samari coban có khả năng tập trung từ cao và từ dư thấp .Nhưng giá thành rôto loại máy này cao hơn nhiều so với khi roto làm từ vật liệu ferit .Vì vậy nó chỉ dùng chế tạo rôto cho động cơ công suất lớn .Tương tự như động cơ xoay chiều từ trường quay trong động cơ DC không chổi than được sinh ra nhờ mạch điều khiển thứ cấp dòng cho các cuộn pha.Cuộn dây pha của động cơ không chuyển động vì vậy có thể sử dụng chuyển mạch bằng điện tử nên loại trừ những nhược điểm tồn tại . Điều khiển các trục máy công cụ điều khiển số đòi hỏi điều khiển chính xác cả về vị trí và tốc độ .Vì vậy động cơ servo DC không chổi than cần phải có mạch phản hồi tín hiệu phản hồi là tốc độ quay trục động cơ hoặc vị trí góc trục .Để đảm bảo chính xác chuyển động bàn máy tín hiệu phản hồi phải được cấp liên tục cho mạch điều khiển .Trong công nghiệp thiết bị phản hồi của động cơ servo DC thường sử dụng là cảm biến tốc độ (tachnometer) chổi than hoặc không có chổi than, sensor hiệu ứng Hall, resolve synchro và encoder . Động cơ kích từ với nam châm vĩnh cửu nên có tổn hao công suất điện năng nhỏ, lượng nhiệt toả ra chỉ cần thông qua vỏ động cơ truyền ra môi trường xung quanh là đảm bảo. Vỏ động cơ có thể bao kín hoàn toàn không cần thông gió. Các động cơ phải thích hợp với sự tăng tốc và trì hoãn chủ động theo cả hai chiều quay do vậy chúng phải thích hợp với chu kỳ vận hành bốn góc phần tư. Với loại động cơ điện một chiều này phù hợp với khả năng điều chỉnh vòng quay tốt và đổi chiều đơn giản, nhanh chóng. n = c1. n: số vòng quay động cơ; M: mômen quay động cơ; M = c2.f.ia P: công suất động cơ; P = c3.M.N : điện áp phần ứng; ia: dòng điện phần ứng; f: từ thông; c1,c2,c3: là hằng số máy điện; Để điều chỉnh số vòng quay của động cơ thường sử dụng khuếch đại Tiristor loại khuếch đại đặc biệt của đường đặc tính động học ở đây là thời gian chết. Để cấp cho động cơ dòng điện biểu kiến tới 60A người ta dùng các bộ điều chỉnh Tranzitor dòng một chiều, các Tiristor làm việc như một mạch điện mà sự đóng ngắt điện áp một chiều thực hiện ở dạng xung. Nếu sự mất cân bằng, đầu đo càng tăng thì điện áp UA đặt vào động cơ cũng tăng theo. Loại khuếch đại này trên thực tế làm việc không có sự trễ. Vậy điều khiển số vòng quay của động cơ điện một chiều thì phải điều chỉnh một điện áp phần ứng UA biến đổi. 2. Động cơ servo dòng xoay chiều Trong những năm gần đây, động cơ servo dòng xoay chiều được dùng rất rộng rãi hơn cả động cơ dòng một chiều. Tương tự như động cơ một chiều động cơ servo dòng xoay chiều cũng có loại động và và loại cảm ứng. Trái ngược với động cơ dòng một chiều, động cơ dòng xoay chiều sử dụng nam châm điện cho rotor. vị trí của rotor nam châm điện được kiểm tra thông qua bộ phận kiểm tra (Ditector) và một mạch xoay chiều đồng bộ với rotor ngang qua lõi cuộn dây. cấu trúc này tương tự như ở động cơ bước với cảm biến tốc độ và cảm biến dòng điện. So với động cơ dòng một chiều có cùng cức đầu vào thì quán tính của trục rotor trong động cơ xoay chiều nhỏ hơn và công suất lớn gấp hai lần. động cơ này phù hợp với các hệ thống có tốc độ cao, đáp ứng nhanh và hao phí nhiệt ít. Ngoài ra, chi phí bảo dưỡng cho động cơ loại này cũng không đáng kể do chúng có tuổi thọ lâu dài. Tuy nhiên mạch điều khiển của nó thì phức tạp hơn và vì thế chi phí nói chung cũng cao hơn. Tuy nhiên với những tiến bộ trong công nghệ sản xuất hàng loạt và sự phát triển rộng rãi của các loại vi mạch tích hợp (IC) động cơ dòng xoay chiều sẽ thay thế động cơ dòng một chiều trong một tương lai không xa. Hình 1.3.3. Cấu tạo động cơ servo dòng xoay chiều II. Chuyển động chạy dao 1. Nguyên tắc cấu trúc. Chuyển động chạy dao là chuyển động tạo ra biờn dạng của chi tiết, bộ điều khiển nội suy cỏc lệnh ghi bằng mó số chuẩn, thành cỏc chuyển động phự hợp với tốc độ cỏc bàn chạy dao trong mỏy cộng cụ. Sơ đồ nguyờn lý của một hệ truyền động chạy dao theo một trục được thể hiện trờn hỡnh 1.3.4. Hệ truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa, tới bộ vớt me-đai ốc bi biến chuyển động vớt me thành chuyển động tịnh tiến của bàn mỏy. Sơ đồ điều khiển này được sử dụng phổ biến trờn cỏc mỏy CNC hiện đại. Hỡnh 1.3.4: Truyền động chạy dao của một bàn mỏy trong mỏy CNC Trong đú: 1-Cảm nhận số vũng quay. 2- Động cơ chạy dao. 3- Đai răng. 4- Vớt me-đai ốc bi. 5- Bàn mỏy. 6- Truyền động đo. 7- Cảm nhận gúc quay. 2. Các nhiệm vụ của truyền động chạy dao. Nhiệm vụ chớnh của cỏc hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi cỏc lệnh trong bộ điều khiển thành cỏc chuyển động tịnh tiến hay quay trũn của những bàn mỏy mang dao hoặc cỏc chi tiết mang dao trờn mỏy cụng cụ. Cỏc chuyển động tịnh tiến là cỏc chuyển động thẳng theo phương ba trục tọa độ của khụng gian ba chiều, cũn cỏc chuyển động quay trũn là cỏc chuyển động quay quanh cỏc trục tọa độ này. Chuyển động chạy dao tạo ra chuyển động dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo một phương trỡnh xỏc định phự hợp với tốc độ cắt lựa chọn. Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ cắt theo quỹ đạo và đảm bảo cỏc yếu tố: Biờn dạng đường cắt, biờn dạng của dụng cụ cắt và cỏc yờu cầu chi tiết gia cụng khỏc phải đạt được, do đú cú cỏc động cơ khỏc nhau điều khiển chuyển động cắt. Hệ truyền động chạy dao của một mỏy cụng cụ CNC phải thực hiện được tớnh chất sau: - Cú tớnh động học rất cao: Nếu đại lượng dẫn biến đổi,bàn mỏy phải theo kịp biến đối đú trong thời gian ngắn nhất. - Cú độ ổn định vũng quay cao: Khi cỏc lực cản chạy dao biến đổi, cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nú tới tốc độ chạy dao, tốt nhất là khụng ảnh hưởng gỡ. Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đũi hỏi một quỏ trỡnh tốc độ ổn định. - Phạm vi điều chỉnh số vũng quay cao nhất như cú thể: từ 1:10000 đến 1:30000. - Phải giải quyết được cả những lượng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất (≤1àm). Hình 1.3.5. Cơ cấu chạy dao trên máy công cụ 3. Mạch điều khiển chuyển động chạy dao Mỗi động cơ được quay theo lệnh dịch chuyển được phát ra từ bộ NC theo các trục X,Y,Z. Theo đó bàn dao (hoặc bàn gá phôi) sẽ dịch chuyển theo các khoảng tương ứng do bộ truyền vít me - đai ốc bi quyết định. Phôi sẽ dịch chuyển (trên máy phay) hoặc bàn dao dịch chuyển (trên máy tiện). Quá trình cắt sẽ được thực hiện do chuyển động tướng đối giữa phôi và dụng cụ. Các chuyển động trên các trục được thực hiện nhờ các động cơ servo và các cơ cấu truyền dẫn khác. Yêu cầu đối với hệ thống truyền dẫn dùng các cơ cấu servo trên máy công cụ là tính ổn định cao và khả năng đáp ứng nhanh các chuyển động và điều đó rất khó. Vì thế rất nhiều công nghệ mới được áp dụng để cải thiện hiệu năng của hệ. Các hệ thống điều khiển các cơ cấu servo dùng trên máy công cụ hiện nay có thể được phân ra làm 2 loại sau. Hệ thống điều khiển hở Hệ thống điều kín Sau đây là những nét đặc trưng của các hệ thống điều khiển này Hệ thống servo hở Hệ thống này là hệ thống không có mạch phản hồi và kết quả hoạt động của hệ thống không được kiểm soát .Hệ thống loại này thường dùng các loại động cơ bước hoăc động cơ xung điện thuỷ lực. Tuy nhiên, quá trình cắt gọt không bao giờ cũng thực hiện được một cách chính xác do điều khiển phản hồi không được trang bị (chuyển động của bàn máy hoặc bàn dao không được đảm bảo về độ chính xác vị trí cũng như tốc độ, giá trị đặt và giá trị thực tế khác xa nhau và thường gây ra lỗi). Vì vậy, hệ thống kiểu này rất khó sử dụng. Hình 1.3.6. Hệ thống hở Hệ thống servo kín Hệ thống điều khiển kín là hệ thống diều khiển có mạch phản hồi .Hệ thống phản hồi dùng để đo vị trí và tốc độ thực tế của trục và so sánh chúng với tốc độ yêu cầu . Phần tử chuyển đổi của mạch phản hồi thường sử dụng hai kiểu : tương tự (dùng Resolver) hoặc số ( Encoder) . Hệ thống này dùng trong các máy CNC đòi hỏi độ chính xác gia công rất cao và các máy cỡ lớn. Tín hiệu phản hồi được điều khiển bằng cách kiểm tra vị trí tốc độ tiến của bàn bằng các thiết bị kiểm tra tiếp xúc như thước tỷ lệ cho phép độ chính xác gia công cao. Hình 1.3.8. Hệ kín III. Cơ cấu vít me - đai ốc bi. Bộ truyền vít me - đai ốc bi được dùng rất phổ biến trong các thiết bị tự động hoá như trong công nghiệp robot và các cơ cấu biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Trên các máy CNC, bộ truyền vít me - đai ốc bi được dùng để biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn dao. Bộ truyền vít me - đai ốc bi có một số đặc điểm ưu việt đáp ứng được yêu cầu cao trên máy CNC như: Giảm lực ma sát. Có khả năng truyền mômen xoắn lớn. Giảm được hiệu ứng Stick – Slip. Những điều này là rất cần thiết vì những lý do sau: Trong quá trình đổi chiều chuyển động hoặc phanh dừng đòi hỏi thời gian tác dụng nhanh, chính xác. Trong các trường hợp chuyển của bàn dao với tốc độ cao, lực xuất hiện lớn Không cho phép có sai số tiến khứ hồi khi chuyển động. Hiệu suất truyền dẫn cao: 90 á 95 %. Ngoài ra, bộ truyền vít me - đai ốc bi còn là một loại cơ cấu giảm cấp và tăng mômen xoắn. Cấu tạo của bộ truyền vít me - đai ốc bi được minh hoạ như hình (Hình I.III.10) Để tăng tốc độ dịch chuyển của đai ốc, có thể tăng tốc độ vòng quay hoặc tăng chiều dài bước ren. Tuy nhiên, khi tăng tốc độ vòng quay thường gây ra các hiện tượng như: Phát sinh nhiệt, tiếng ồn, rung động. Do đó để tăng tốc đọ dịch chuyển người ta thường tăng chiều dài bước ren. Vận tốc dịch chuyển của đai ốc được tính theo công thức: V = L*N Trong đó L: Là chiều dài bước ren N: Tốc độ vòng quay của trục vít me Để tăng độ chính xác vận hành, khử khe hở, người ta dùng phương pháp ghép căng hai đai ốc bi lại với nhau như minh hoạ trong hình 1.3.9 Các máy công cụ CNC ngày nay thường được trang bị chức năng bù khe hở có nhiện vụ nhớ số lượng ước đoán các khe hở từ các lỗi về vị trí của bàn dao và trục chính một cách chắc chắn và vô hướng trong các tham số của bộ điều khiển CN. Khoảng dịch chuyển của bàn dao được xác định dựa theo số vòng quay của trục rotor còn tốc độ dịch chuyển của bàn được xác định theo góc quay của trục rotor trong một đơn vị thời gian. Góc quay của rotor dẫn được điều khiển bởi dòng điện dạng xung và trục rotor quay một góc cố định tương ứng với một xung được phát ra. Do các xung được phát ra liên tục nên motor dẫn trông giống như quay liên tục. Ví dụ, motor quay một góc là 0.6 0 cho mỗi xung, nều bước ren của bộ truyền bộ truyền vít me - đai ốc bi là 6 (mm) thì khoảng dịch chuyển của bàn dao với mỗi xung sẽ là: 0.01 mm ( = 0.6/360*6). Có nghĩa là bàn dao sẽ di chuyển mộg khoảng là 0.01 (mm) khi có một xung được phát ra. Vì vậy, để dịch chuyển bàn dao một khoảng là 200 mm với vận tốc là 1mm/s thì hệ NC phảI phát ra 20000 ( = 200/0.01) xung với tần số là 100 xung/ 1phút (=1/0,01). Hình 1.3.9. Bộ truyền vít me - Đai ốc bi IV. Bộ nội suy 1. Khái niệm bộ nội suy Trên các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, biên dạng của chi tiết gia công được hình thành nhờ các dịch chuyển của dụng cụ cắt trên các trục toạ độ. Trong một chương trình gia công trên máy điều khiển số, dụng cụ cắt có thể được điều khiển theo một đường dẫn đã xác định với tốc độ dịch chuyển cho trước. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để dụng cụ cắt đi theo đúng quỹ đạo mong muốn và phương thức để điều khiển chuyển động của dụng cụ cắt. nội suy là quá trình hệ điều khiển tính toán các toạ độ trung gian giữa điểm khởi đầu và điểm kết thúc theo đường cong được chương trình gọi đến. Các điểm trung gian này phải có mật độ đủ dày và chạy dọc theo biên dạng cần. Các hệ thống CNC hiện đại đều thực hiện nội suy theo hai mức: 1) Một phần mềm nội suy xác định toạ độ các điểm trung gian giữa điểm đầu và điểm cuối của đường cong được lập trình. 2) Một mức nội suy tính chính xác khác thực hiện tiếp theo nội suy tuyến tính giữa các điểm này. Các dạng nội suy Dạng nội suy được phân biệt theo hình thức biên dạng do quá trình nội suy sinh ra, giữa điểm đầu và điểm cuối đã xác định trong chương trình gia công. Thông thường trên các máy công cụ điều khiển số là dạng nội suy đường thẳng (Nội suy tuyến tính) và dạng nội suy vòng tròn (Nội suy phi tuyến). Các đường cong bậc cao như đường Parabol, đường Hypebol thường không được thực hiện trong các hệ điều khiển số vì chúng hầu như không có trong các đòi hỏi thực tế. Với hai dạng nội suy đường thẳng và nội suy đường tròn, có thể thực hiện được các khả năng sau: Nội suy thẳng theo 2 trong n trục. Nội suy thẳng theo n trong n trục. Nội suy vòng theo 2 trong n trục. Nội suy vòng theo 2 trong n trục đồng thời với nội suy thẳng theo một trục vuông góc với mặt phẳng của đường tròn nội suy (nội suy theo đường xoắn ốc). 2. Bộ nội suy Bộ nội suy là một cụm chức năng của hệ điều khiển số đóng vai trò quan trọng trong quá trình nội suy. Nhiệm vụ ._.của nó là: Tính toán tìm ra các điểm tring gian trên đường biên yêu cầu. Phát các tín hiệu điều khiển các motor dẫn trên các trục để điều khiển dụng cụ cắt đi theo đường mong muốn. Yêu cầu đối với bộ nội suy là: Tốc độ đưa ra toạ độ vị trí trung gian phải phù hợp với tốc độ tiến dao cho trong chương trình. Đi đến một cách chính xác các điểm kết thúc quá trình nội suy đã được đưa ra trong chương trình. Thực chất bộ nội suy là một máy phát các chức năng hay máy phát xung. Từ yêu cầu về tốc độ tiến dao và chiều dài dịch chuyển, bộ nội suy sẽ phát ra một số xung điện nhất định với tần số xác định để điều khiển các motor dẫn động trên các trục. Phương pháp nội suy và nguyên tắc tác động của bộ nội suy Như trên đã đề cập, trong hệ thông điều khiển theo đường dịch chuyển, các xung được phân bố đến các lưới điểm bằng mạch nội suy để thực hiện nội suy thẳng và nội suy vòng. Có ba phương pháp phân phối xung là các phương pháp: Phương pháp DDA, phương pháp MIT, phương pháp tính toán đại số. a) Phương pháp DDA (Digital Differential Analyzer): Phương pháp phân tích vi phân số. Phương pháp này ngày nay được dụng rất rộng rãi. Cơ sở của phương pháp này là việc phân tích các tín hiệu số. Trước hết ta hãy diễn giải một cách vắn tắt về số nhị phân. Thông thường, số thập phân được biểu diễn bởi các chữ số từ 0 đến 9 và biểu diễn độ lớn của các số trong hệ thập phân. Trong hệ nhị phân, giá trị của một số được biểu diễn bằng các chữ số 0 và 1 Trong các máy CNC, các thông tin, tín hiệu đã được mã hoá thành các tín hiệu số, nghĩa là có thể được biểu diễn các thông tin bằng các số nhị phân và việc xử lý các tín hiệu số tương đương với các thao tác đối với số nhị phân. trong hệ nhị phân, phép tính (+) được quy ước như sau: 0+1 = 1; 1+1 = 10; 10+1 = 11; 11+1 = 100; 111+1 = 1000; 1111+1 = 10000. Phương pháp DDA căn cứ vào các tính chất này để xử lý tín hiệu điều khiển quá trình nội suy. Ví dụ quá trình nội suy đường thẳng, trong chương trình có lệnh nội suy thẳng đến điểm X6Y7, giả sử rằng các thanh ghi tring bộ NC cho trục X và trục Y là các thanh ghi 3 bit. Mỗi trục có hai thanh ghi, một thanh ghi ưu giá trị dịch chuyển theo trục đó, một thanh ghi lưu giá trị biến đổi để đưa ra điều khiển động cơ. Khi gía trị của thanh ghi thứ nhất được cộng vào (23 = 8 lần) vào thanh ghi thứ hai thì giá trị của thanh ghi thứ hai và các bit tràn được được minh hoạ như hình 1.3.10 Một xung sẽ được phát ra mỗi khi có một bit tràn xuất hiện. Trên trục X có 6 lần tràn do đó có 6 xung được phát ra. Trên trục Y có 7 lần xung được phát ra. Tổ hợp hai trục lại ta được quỹ đạo dịch chuyển cụa dụng cụ cắt như hình vẽ ( Mỗi xung sẽ làm bàn dao dịch chuyển một khoảng là khoảng nhỏ nhất trên thước chia). b) Phương pháp MIT Hình 1.3.11 nêu ra số xung và thời gian phát xung trong bộ NC. Ta hãy xét trường hợp nội suy đường thẳng dụng cụ bắt đầu từ điểm không và đi đến điểm Q (6,5). Nếu cả trục X và Y được cung cấp các mạch điện phát ra số xung lệnh như hình 1.3.11. Nếu dụng cụ di chuyển một khoảng chia sang phải cới mỗi xung trên trục X và di chuyển một khoảng chia lên trên với mỗi xung trên trục Y thì dụng cụ sẽ di chuyển lên theo góc 450 nếu trên cả hai trục đều có xung được phát ra. Hình 1.3.10. Phân phối xung theo phương pháp DDA Số xung lệnh Giá trị trong hệ nhị phân Trục thời gian X2 X1 X0 1 2 3 4 5 6 7 R 7 1 1 1 6 1 1 0 5 1 0 1 4 1 0 0 3 0 1 1 2 0 1 0 Trục thời gian Xung theo hướng X (Lệnh số:6) Xung theo hướng Y (Lệnh số: 5) Hình 1.3.11. Sơ đồ phát xung theo phương pháp MIT Dụng cụ cắt sẽ di chuyển dọc theo đường dẫn như hình vẽ c) Phương pháp đại số tính toán Trong phương pháp này, bộ điều khiển số (NC) phát ra số xung xác định dựa trên việc giải phương trình đại số biểu diễn đường thẳng trong trường hợp nội suy đường thẳng và phương trình đại số biểu diễn đường tròn trong trường hợp nội suy đường tròn. Đây là phương pháp được phát triển bởi công ty Fujitsu.Ltd. Lợi ích của phương pháp này cho phép các máy công cụ NC, CNC thực hiện nội suy theo 2 kích thước (2D) và nội suy 2 kích thước (2D) tuy nhiên không cho phép nội suy 3 kích thước (3D). Phương pháp này là phương pháp đầu tiên có chức năng bù bán kính dụng cụ. Sau đây sẽ diễn giải phương pháp tính toán đại số trong trường hợp nội suy đường thẳng. Ta hãy lấy ví dụ nội suy từ điểm không đến điểm (6,5) như trong phương pháp MIT. Phương trình đại số của đường thẳng di qua điểm không và điểm (6,5) được diễn tả bởi phương trình 6Y – 5X = 0. Ta hãy xét biệt thức D = 6Y – 5X. Trong vùng bên dưới đường thẳng (D) 6Y – 5X = 0 thì D 0. Trên đường thẳng thì D = 0. Khi một xung được phát ra theo hướng bên phải, dụng cụ cắt di chuyển từ điểm (1,0) khi thay vào biểu thức D, D = 6.0 – 5.1 = - 5 0 chứng tỏ điểm này nằm bên trên đường thẳng. Xung tiếp theo phải được phát ra theo hướng bên phải. Cứ như thế, chiều của xung lệnh sau được xác định dựa trên xung lệnh ngay trước đó. Dần dần, dụng cụ cắt sẽ di đến điểm đích. Trong phương pháp này, các xung lệnh không được phát ra đồng thời theo cả hai trục. Hình 1.3.12. Nội suy đường thẳng theo phương pháp đại số tính toán V. Hệ thống đo Hệ thống đo trên các máy công cụ điều khiển số có nhiệm vụ đo đạc các kích thước, chiều dài dịch chuyển của bàn dao (bàn máy) và báo cáo về hệ thống để hệ điều khiển nhận biết được vị trí thực của bàn dao (bàn máy) và có các phương pháp điều chỉnh bù trong trường hợp có sai lệch so với giá trị yêu cầu. 1. Các phương pháp đo vị trí. Đo trực tiếp đường dịch chuyển Đo gián tiếp đường dịch chuyển Đo tương tự đường dịch chuyển Đo số đường dịch chuyển Tuyệt đối Tuyệt đối chu kỳ Tuyệt đối Tuyệt đối tương đối Hình 1.3.13. Các phương pháp đo vị trí Phương pháp đo vị trí bằng đại lượng tương tự trong phương pháp đoạn đường hoặc góc cần đo được chuyển thành một đại lượng vật lý tương thích, ví dụ chuyển đổi thành điện áp hoặc cường độ dòng điện. Phương pháp đo vị trí bằng đại lượng số Trong phương pháp này, đoạn đường hay góc cần đo được chia thành các yếu tố đơn vị có độ lớn như nhau. Quá trình đo chính là việc đếm hay cộng lại các yếu tố đơn vị tại vị trí thật. Phương pháp đo vị trí trực tiếp. Là phương pháp đo bám sát các đại lượng cần đo hay các biến đổi vị trí, không cần đến các dẫn động cơ khí trung gian. Hệ thống đo được ghép trực tiếp với chuyển động cần đo. Phương pháp đo vị trí trực tiếp có độ chính xác cao vì giữa đại lượng cần đo và dụng cụ đo không có các lỗi cơ khí ( Khe hở, biến dạng dẻo). Để đảm bảo sai số đo đủ nhỏ, các khe hở dẫn động của đường hướng bàn máy phải năm trong giới hạn chấp nhận được. Phương pháp đo vị trí gián tiếp Trong phương pháp đo này, thay cho biến đổi vị trí tịnh tiến cần đo, một chuyển động quay tương ứng sẽ được đo. Chuyển động quay gắn liền với chuyển động tịnh tiến thông qua bộ truyền vít me - đai ốc bi . Một khả năng khác của phương pháp đo kiểu này là chuyển đổi chuyển động chạy dao thẳng thành một chuyển động quay nhờ bộ truyền thanh răng – bánh răng. Các sai số mắc phải do sai lệch bước vít me, độ ăn khớp khi đảo chiều hay khe hở ăn khớp giữa hai má răng trong bộ truyền thanh răng – bánh răng ảnh hưởng trực tiếp vào sai số của phép đo. Sai số này phải nằm trong một giới hạn cho phép thông qua việc chế tạo các bộ truyền với độ chính xác đủ lớn, hoặc sai số sẽ được bù thông qua các yếu tố hiệu chỉnh đã được ghi trong chương trình điều khiển. Phương pháp đo vị trí tuyệt đối Trong phương pháp đo này, mỗi giá trị đo đều được so với điểm 0 của thước đo và có dấu hiệu riêng. Trong phương pháp đo vị trí tương tự/ tuyệt đối, ứng với mỗi giá vị trí trong phạm vi đường dịch chuyển là một thang điện áp đặc biệt. Trong phương pháp đo vị trí số/ tuyệt đối, mỗi một gia số vị trí được đánh dấu riêng bằng mã nhị phân. Ưu điểm của phương pháp đo vị trí tuyệt đối là tại mỗi thời điểm đo hoặc sau mỗi lần mất điện áp, vị trí tuyệt đối so với điểm 0 được nhân biết ngay. Tuy nhiên các hệ thống đo tuyệt đối thường tốn kém và phức tạp về cấu trúc, vì vậy trong các thiết kế mới chúng không được ứng dụng nữa. Phương pháp đo vị trí tuyệt đối theo chu kì Khi đo vị trí bằng đại lượng tương tự trong những phạm vi dịch chuyển lớn hơn, độ chính xác của các vạch chia trên thang đo thường không đáp ứng được trên toàn đường dịch chuyển. Trong trường hợp này, người ta chia toàn bộ phạm vi dịch chuyển thành những khoảng tăng có độ lớn bằng nhau. Trong phạm vi một khoảng tăng, phép đo được thực hiện theo phương pháp tuyệt đối. Giá trị đo tại vị trí đang được đo được tính bởi công thức: x = n.i + xabs (n = 1,2 ...n) g) Phương pháp đo vị trí kiểu gia số Toàn bộ phạm vi dịch chuyển được chia thành các bước tăng không có dấu hiệu riêng và có độ lớn như nhau. Vị trí thật được đưa ra bởi các bước tăng đã đi qua. ở đây, các gia số vượt qua phải được cộng với nhau hoặc trừ đi cho nhau tuỳ theo chiều chuyển động. Tiêu hao và giá thành của các hệ thống đo vị trí kiểu gia số tương đối không cao lắm. Nhược điểm của chúng là khi đóng mạch hệ điều khiển, vị trí thật lúc đó không được nhận biết. Trước khi đo, phải đưa đầu đo về điểm gốc 0 cố định (Reference Point). Sau khi đưa về gốc 0, hệ thống đo vị trí kiểu gia số làm việc theo nguyên tắc đo tuyệt đối. 2. Các dụng cụ đo vị trí. Potentiometer Một linear potentiometer là một cảm biến đơn giản để kiểm tra vị trí bằng cách đo chiều dài dùng nguyên tắc thay đổi điện trở với một điện trở trượt. Hạn chế của nó là tuổi thọ thấp và bị tổn hại do rung động mài mòn. Tuy nhiên nó được ứng dụng rộng rãi, có hai loại potentiometer là loại để đo đường thẳng và loại để đo có góc quay. Độ chính xác của potentiometer khoảng 1 % và nó thường được sử dụng để kiểm tra vị trí của dụng cụ và phôi trên máy công cụ điều khiển số. Nó cũng được sử dụng rộng rãi để đặt tốc độ và vị trí. Loại thông dụng là loại dâu điện trở được cuộn trên một thanh riêng và loại potatiometer màng trong đó có một màng cacbon được làm thành một miếng riêng. Thông thường, potatiometer dùng điện áp một chiều (12V đến 24 V), giá trị điện trở trong khoảng 500 đến 2K. Làm việc ở các mức này sẽ khử được sự tăng nhiệt độ và điện trở tiếp xúc không đáng kể. Speedmeter và Tachometer Speedmeter và Tachometer là các cảm biến để đo khoảng cách và góc quay trong một đơn vị thời gian. Speedmeter n = (mm/sec) Tachometer N = (mm/sec) Trong bộ truyêng thanh răng bánh răng, mối quan hệ giữa Speedmeter và Tachometer được cho như sau do có sự trượt nhỏ xảy ra giữa phần tịnh tiến và phần quay. n = (mm/s) Trong công nghiệp, đơn vị thường dùng để đo tốc độ dịch chuyển tịnh tiến và tốc độ vòng quay là mm/ phút và vòng/ phút. Nếu tốc độ thẳng và tốc độ quay được lấy tích phân thì chúng sẽ được cho như sau: Khoảng cách dịch chuyển l = Góc quay Tachometer và tachogenerater. Các dụng cụ này tương tự như một máy phát loại nhỏ. Trong đó điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với tốc độ vòng quay N theo công thức: Vn = kfwN (V) Trong đó k: Hằng số f: Tổng số đường sức cắt qua cuộn dây. w: Số vòng dây. Tachometer kiểu xung có thể được chia ra làm hai loại là loại quang điện và loại quy nạp. Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên việc đếm số xung. Khi muốn biết chiều quay ta cần có hai cảm biến quang điện. Một chiếc Encoder loại quay (Rotary Encoder) là một loại tachometer đặc biệt tiên tiến. Hình 1.3.14 . Sơ đồ cấu trúc của Tachometer xung Resolver và Synchro Resolver là một dạng của Synchro. Tên gọi chính xác là synchroresolver. Stator và rotor của Synchro đều dùng một pha. Do đầu ra là dạng sin hoặc cosin của góc quay nên nó thích hợp trên các máy công cụ điều khiển số. Dụng cụ này còn được gọi là bộ biến đổi góc quay hay motor chu kì, Synchro còn được gọi là hệ điều khiển Synchro, Synchro công suất hoặc các tên khác tuỳ theo sử dụng. Encoder Hệ thống đo kiểu số ngày nay sử dụng rất nhiều các cảm biến vị trí có độ chính xác cao và các thiết bị sử dụng ác mạch phát xung đặc biệt. Bộ phận điều khiển của nó được gọi là Encoder. Encoder được phân làm 2 loại là Encoder thẳng (Linear Encoder) và Encoder quay (Rotary Encoder). Loại Encoder quay được chia làm hai kiểu tương đối và kiểu tuyệt đối. Encoder thẳng Encoder thẳng được dùng để đo đạc dịch chuyển thẳng, độ chính xác cao (Từ 1 mm đến 10 mm) và có hai loại là loại quang (Optical) và loại từ (Magnetic). Các loại Encoder thẳng có giới hạn đo là 3m, chiều dài tỷ lệ của nó được tiêu chuẩn hoá ở các mức 100, 200, 500 và 1000 mm. Khác với Encoder quay, Encoder thẳng được đo trực tiếp, sai số trong hệ thống dẫn động do khe hở trong cơ cấu vít me không ảnh hưởng đến sai số. Tuy nhiên, hạn chế của nó là giá thành cao và có khó khăn trong việc bảo dưỡng. Hình 1.3.15. Nguyên tắc hoạt động của Encoder thẳng hai đầu Hình 1.3.15 minh hoạ một Encoder thẳng kiểu từ tính với một thanh nam châm cường độ thấp về phía thước tỷ lệ. đây là một cảm biến kiểu tương đối cảm nhận sự thay đổi trong phần từ tính NS của thước tỷ lệ. Trong phương pháp này chiều chuyển động không xác định mặc dù tổng quãng đường dịch chuyển có thể đo được bằng cách đếm xung, hai đầu dò gắn ở hai vị trí khác nhau sẽ nhận biết được chiều dịch chuyển và cường độ giảm xuống một nửa. Encoder quay. Ngày nay các loại Encoder quay loại quang học được sử dụng rất rộng rãi. Cấu trúc của nó được trình bày như hình dưới đây: Tín hiệu vào Tín hiệu ra Hình 1.3.16. Cấu trúc của Encoder quay quang điện Dụng cụ đo vị trí kiểu số. Hệ thống đo vị trí kiểu số đa số làm việc theo nguyên tắc quang - điện. Theo phương pháp dọi phản quang, một tia sáng dọi qua một thước đo, trên đó có những vạch chia phản quang và không phản quang thay đổi kế tiếp nhau. Tia sáng gặp phải vạch phản quang sẽ bị phản hồi lại và được tế bào quang điện tiếp thu. Trong phương pháp soi thấu, trên thước đo có những vạch soi thấu và không thấu đặt kế tiếp nhau. Đầu kích quang gồm một thiết bị chiếu sáng, một thấu kính hội tụ, một lưới chia kích quang và các phân tử tiếp thụ kích thích (Tế bào quang điện). Khi đầu kích quang có chuyển động tương đối so với thước đo, thước này chạy giữa thấu kính hội tụ và lưới chia, sẽ xuất hiện một tín hiệu dạng hình sin. Nhờ các tế bào quang điện bố trí thành hai hàng trên nhau, lệch nhau một tư độ chia, ta nhận được hia tín hiệu lệch pha nhau 900, qua đó hệ điều khiển có thể nhận biết được chiều chuyển động. Trong các hệ thống đo vị trí kiểu gia số, khi mất điện áp nguồn, các giá trị đo vị trí bàn máy cũng mất theo. Để tái hiện được số đo này, thước đo có thể được trang bị thêm một hay nhiều mốc đo chuẩn. Các tín hiệu đầu ra của hệ thống đo chiều dài theo phương pháp quang điện được khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử và tạo thành dang xung chữ nhật. Tuỳ theo chu kỳ chia và độ chia đòi hỏi, các tín hiệu được nội suy tương tự và chia nhỏ thêm đến 5 hoặc 25 lần. Đầu kích quang điện động. 1. Nguồn sáng; 2. Thấu kính; 3. Vùng kích hoạt (10 tế bào quang điện) biến đổi theo tần số chuẩn thông qua chuỗi tế bào quang điện; 4. Chuỗi tế bào quang điện (220 điot); 5. Đế thép; 6. Vùng không phản quang; 7. Vùng phản quang; 8. Thấu kính; 9. Gương bán thấu Hình 1.3.17. Mô tả nguyên tắc hoạt động của đầu kích quang - điện động. Trong phương pháp này, nhịp đo chuẩn không phải là từ một tia chớp mà là từ 220 dãy tế bào quang điện sắp xếp bên nhau. Qua một thấu kính, độ phân giải của vạch của thang được hình thành trên các tế bào quang điện. Một loạt 10 tế bào quang điện được kích thích cùng một lúc ở đầu ra. điện áp đầu ra của chúng tỷ lệ với các dòng ánh sáng dọi vào vùng tế bào quang điện này. Mặt phân chia tế bào quang điện (Trên phương diện điện từ) được nhận biết bởi các chuỗi tế bào quang điện (Photodiodearray) xếp lệch nhau, mô phỏng về điện tử như một máy quét quang động (Optoscaner). Dòng tổng cộng của tất cả các tế bào quang điện hình thành tín hiệu đo, vị trí về pha của nó tương quan với tần số quét. Ưu điểm của hệ thống này ở chỗ, với một khoảng vạch chia vạch đo 635 mm, có thể đạt độ phân giải vạch chia là 0,5 mm. Hình 1.3.17 là nguyên tắc hoạt động của đầu kích quang điện động (philips) đổi theo tần số chuẩn. VI. Bộ so sánh Nhiệm vụ của nó là Synchro sánh thong tin đường dịch chuyển đưa ra từ chương trình (giá trị cần) với đoạn dịch chuyển thật trên máy (Đoạn đường dịch chuyển thật có thể đựơc đo trực tiếp nếu máy công cụ có hệ điều khiển kín hoặc được xác định dựa theo góc quay của trục động cơ dẫn nếu máy công cụ dùng hệ điều khiển kiểu nửa kín). So sánh nhằm tìm ra sai khác của cặp giá trị Cần – Thực và đưa ra tín hiệu điều khiển cho hệ thống để hệ thống điều chỉnh sao cho sai số bằng 0. Cấu trúc của một bộ so sánh trước hết là do nguyên tắc đo đường dịch chuyển và dạng tín hiệu điều khiển cần thiết. Các bộ so sánh do đó có thể được phân chia như các phương pháp đo đường dịch chuyển. Ngoài ra còn có thể phân biệt theo dạng tín hiệu điều khiển truyền động. Ta có: Bộ so sánh chỉ đưa ra tín hiệu điều khiển khi giá trị cần và giá trị thực được đồng nhất. (Tín hiệu đồng nhất) Bộ so sánh đưa ra tín hiệu điều khiển liên tục chừng nào tín hiệu cần và tín hiệu thực chưa đồng nhất. (Tín hiệu sao khác hay tín hiệu chênh lệch) Trong quá trình đi tới đồng nhất giữa giá trị cần và giá trị thực, các tín hiệu sai khác nhỏ dần liên tục và triệt tiêu khi cặp giá trị cần – thực được đồng nhất và truyền động đạt tới trạng thái dừng. Bộ so sánh a) chỉ cho phép xây dựng một mạch điều khiển ngắt do tín hiệu đồng nhất không có tính liên tục, do vậy chỉ được ứng dụng trong điều khiển điểm hoặc điều khiển chỉnh vị trí và có thể thiết lập hệ điều khiển phi tuyến. 1. Bộ so sánh số – gia số. Trong nguyên tắc đo số – gia số, cứ mỗi bước tiến nhỏ nhất s lại phát ra một xung và số xung là đại lượng phản ánh đoạn đường đã dịch chuyển. Bộ so sánh là một bộ đếm điện tử hợp thành từ một số lượng xác định các bộ đếm độ chia vạch đo theo hệ thập phân. Tần số đếm tương đối cao, ví dụ khi chạy nhanh với tốc độ 10m/phút và bước tiến nhỏ nhất là 0,01 mm thì tần số đếm là 16kHz. Vì vậy chỉ có bộ đếm điện tử mới ứng dụng được. Xung của giá trị thực sẽ được đếm trong bộ đếm và tại đó nó được so sánh với xung của giá trị cần đã được chọ trước (Nguyên tắc đếm chọn trước). Có một số khả năng chon trước được ứng dụng như sau: Bộ đếm được điều chỉnh đến giá trị cần Một giá trị đếm sẽ được đặt trước. Sau đó khởi động chạy dao và các xung đếm ở đầu vào E sẽ được đếm từ đó cho đến mức 0. ở mức đếm này sẽ phát tín hiệu ngắt mạch K theo nguyên tắc tín hiệu đồng nhất nhờ mạch ngắt đồng nhất (có phần tử đồng nhất Và). Hình 1.3.18 là ví dụ đếm giá trị 274 Bộ đếm được điều chỉnh trước đến giá trị bù 9 của giá trị cần Trên hình 1.3.18.b là số 725 là phần bù 9 của số 274. Xung đếm ở đầu vào E được cộng vào kể từ mức 725 theo cách đếm tiến cho đén khi đatm mức 999. Lúc đó nhờ mạch ngắt đồng nhất U sẽ đưa tín hiệu ngắt mạch K. Bộ đếm được điều chỉnh trước đến phần bù 10 của giá trị cần Trên hình 1.3.18.c lá số 726 phần bù 10 của số 274. Xung đếm được cộng vào kể từ 1 theo cách đếm tiến cho đến khi đạt mức 1000, tín hiệu ngắt mạch K tại điểm chuyển 9 đ 0 của bộ đếm có số mũ lu ỹ thừa cao nhất của cơ số 10 (trong hình vẽ là 102) ` Hình 1.3.18. Nguyên tắc chọn trước trong bộ đếm điện tử Bộ đếm không được điều chỉnh trước, mà là giá trị cần được chọn trước nhờ một vạch đơn nhất điều chỉnh được, có liên hệ ghép nối với bộ đếm thập phân Các xung đếm cơ sở đầu vào E được cộng lại tới mức đêm 000, khi đạt tới giá trị đã chọn thì mạch ngắt đồng nhất U sẽ phát tín hiệu ngắt K hình 1.3.18.d – giá trị chọn trước đúng bằng 274 và dùng các công tắc chọn sch (switch) để đặt số chọn. Mọi tổ hợp đưa ra con số khác số 274 đều bị mạch đồng nhất với các khâu logic Và (AND) cản lại không đi tới được đầu ra. Nguyên tắc chọn trước giá trị CầN nhờ một mạch đồng nhất điều chỉnh được (như hình 1.3.18.d) được coi là chọn trước bị động. Trái lại, nguyên tắc chọn trước trên bộ đếm như hình 1.3.18.a,b,c được coi là chủ động. Chọn trước bị động có ưu điểm là quá trình đếm khi đang đóng mạch không bị ngăn trở và có thể chọn trước nhiều giá trị bất kỳ trên cùng một bộ đếm. Chẳng hạn để đạt nhiều điểm ngắt trước (các điểm ngắt phía trước điểm ngắt đồng nhất) nhằm giảm bớt tốc độ khi đến gần điểm dừng mong muốn. ở cách chọn trước chủ động có thể thực hiện chọn tĩnh hoặc chọn trước bằng cách phát xung. Khi chọn tĩnh thì từng bộ đếm thập phân sẽ được đặt dưới điện áp đúng ở vị trí mong muốn đồng thời các vị trí số khác đang tồn tại từ lần đếm trước sẽ bị xoá. Khi chọn bằng phương pháp phát xung thì từng bộ đếm thập phân sẽ nhận được một số xung phù hợp với con số mong muốn. ở đây cần quan tâm đến các mức số đang tồn tại vì quá trình đếm cảu các bộ đếm thập phân sẽ bắt đầu từ mức số này. Về mặt tính toán, đã thực hiện được một phép cộng. Phép trừ cũng được thực hiện thông qua phép cộng phần bù 9. Các mức số hiện đang tồn tại phải được xử lý đúng về dấu và lưu ý đến chiều dịch chuyển. Vì trong quá trình đếm có thể xuất hiện sai lệch về dao hoặc các xung quán tính xuất hiện sau tín hiệu ngắt. Do những yêu cầu thực tế và những ưu điểm khác nhau nữa mà người ta thường dùng khả năng chọn trước song song. Ta có bộ đếm thuận và bộ đếm nghịch riêng rẽ. Để thực hiện quá trình đếm trong sự phụ thuộc vào chiều dịch chuyển mà không sợ có thêm một xung nào của giá trị thực xuất hiện thêm do nhiễu hoặc do quán tính. Cốt mã hoá dung hoá dùng trong hệ đếm khác so với mã nhị phân vốn đã quen biết. ở mã nhị phân, việc thiết lập các phần bù đòi hỏi một sự đổi mã bổ xung nhờ một mạch logic bố trí theo ma trận. Bởi vậy người ta thường dùng các cốt mã hoá trong đó việc thiết lập các phần bù 9 được tiến hành đơn giản hơn nhờ chuyển trạng thái mạch 0 sang mạch L hoặc L sang 0 ở mỗi vị trí. 2. Bộ so sánh số – gia số dùng cho điều khiển phi tuyến Hoạt động của mạch điều khiển vị trí trong điều khiển phi tuyến cới phương pháp đo lường dịch chuyển gia số được thực hiện nhờ sử dụng bộ so sánh số – gia số nối với một bộ biến đổi số – tương tự. Trong trường hợp này, giá trị cần tồn tại ở dang xung liên tục, được đưa ra từ bộ nội suy làm việc theo nguyên tắc số. Giá trị thực của hệ thống đo cũng ở dạng xung liên tục. Bộ so sánh do đó phải đưa ra liên tục các phân sai khác của cặp giá trị cần – thực. Về cơ bản, nó gồm một bộ đếm xung chênh lệch có khả năng đánh giá xung cần và xung thực đi tới với yêu cầu về dấu và phụ thuộc vào chiều chuyển động. Các xung của giá trị cần W được cấp tuỳ thuộc chiều chuyển động mong muốn do bộ nội suy đưa ra trên hai dây dẫn tách biệt thành xung tiến và xung lùi. Các xung thực được thu nhận từ một hệ thống đo kiểu số- gia số cũng phụ thuộc vào chiều chuyển động và chia thành hai đường dẫn cho xung tiến và xung lùi. Nếu có một xung cần ‘tiến’ thì xung này được cấp cho bộ đếm chênh lệch trên đường dẫn xung tiến V và tác động tới điều khiển truyển động theo chiều tiến thông qua bộ đếm biến đổi D/A. Qua đó, hệ thống đo phát ra một xung thực ‘ tiến’. Nhưng xung này qua mạch logic 7 lại xuất hiện trên đường dẫn lùi r và trong bộ đếm chênh lệch được đếm lùi lại. Mức đếm nhờ thế sẽ trở về 0 và truyền động tiến đến điểm dừng. Tương tự như vậy, xung cần ‘ lùi’ sẽ được đếm trong bộ đếm chênh lệch theo chiều lùi, còn xung thực ‘lùi’ lại được đếm trong bộ đếm chênh lệch theo chiều tiến. Khi tần số xung cần tăng lên, nghĩa là tốc độ dịch chuyển của bàn dao tăng lên thì số xung chênh lệch trong bộ đếm cũng tăng lên, đến mức xuất hiện một sai lệch điều chỉnh số – gia số dường như liên tục. Trong bộ biến đổi D/A, đại lượng chênh lệch được biến đổi thành một hiệu điện thế điều khiển đúng dấu đối với chiều chuyển động. Hình 1.3.19 trình bày hiệu điện thế điều khiển xuất hiện thông qua bộ biến đổi D/A phụ thuộc vào số lượng xung chênh lệch. Sự phân cấp là tương ứng với bước tiến đơn vị của máy. Việc hình thành một chênh lệch điều khiển số và việc ghép nối với bộ biến đổi D/A tạo ra độ chính xác cao nhưng chi phí lại lớn. 3. Bộ so sánh số – tuyệt đối Trong nguyên tắc đo đường dịch chuyển số – tuyệt đối, mỗi một vị trí bàn máy được ghi nhận bởi một tổ hợp tín hiệu rõ nét. Các hệ thống đo là những thước thẳng hoặc thước quay đã được cài đặt mã. Bộ so sánh phải giá trị cần đã mã hoá ở dạng cốt mã nào đó với giá trị thực đọc được cũng bằng cốt mã ấy ở điểm đồng nhất hai giá trị đưa ra một tín hiệu ngắt. Trái với bộ đếm chọn trước trong nguyên tắc số – gia số, sự đồng nhất trong nguyên tắc tuyệt đối phải được xác định không chỉ trên một rãnh mà là trên tất cả các rãnh của thước đo đã mã hoá. Điều đó có nghĩa là nó phải kiểm nghiệm xem các tổ hợp đọc được gồm các tín hiệu L và 0 có đồng nhất với tổ hợp giá trị cần đã cho hay không? Nếu đồng nhất thì một tín hiệu ngắt sẽ được phát ra. Trong các trường hợp thông thường, điều đó đòi hỏi phải thu được ngoài tín hiệu đồng nhất còn có một tín hiệu về chiều chuyển động, có nghĩa là bộ so sánh phải quyết định xem giá trị cần hay giá trị thực lớn hơn. Khi cần tác động vào một mạch điều chỉnh, bộ so sánh phải phát ra một tín hiệu chênh lệch liên tục giữa tín hiệu cần và tín hiệu thực. Theo đó ta có thể phân ra làm 3 dạng so sánh số – tuyệt đối sau: Bộ so sánh tại điểm đồng nhất của cặp giá trị cần – thực phát ra một tín hiệu đồng nhất không quan tâm đến chiều và khoảng cách. Bộ so sánh tại những điểm không đồng nhất của cặp giá trị cần – thực quyết định xem giá trị cần lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị thực và cấp cho bộ truyền động một tín hiệu phụ thuộc vào chiều liên tục tới khi đạt đến điểm đồng nhất. a) Nguyên tắc hoạt động b) Tín hiệu đầu ra 1. Hệ thống đo; 2. Bàn máy; 3. Truyền động; 4. Khuếch đại; 5. Biến đổi số – Tương tự; 6. Bộ đếm vi phân; 7. Mạch logic; 8. Bộ nội suy X: Xung thực; c: Tiến, d: Lùi W: Xung cần; a: Tiến, b: Lùi V: Xung đếm tiến; r: Xung đếm lùi Hình1.3.19. Bộ so sánh số – Gia số trong mạch điều khiển Bộ so sánh nhờ cụm tính toán xác định chênh lệch, liên tục tìm ra sai khác về độ lớn và chiều dịch chuyển của cặp giá trị cần – thực và do đó thích hợp với hoạt động của hệ truyền động trong nguyên tắc điều khiển phi tuyến. Sự tiêu hao về mạch tăng ở các bộ so sánh dạng 2 và 3. Ngoài ra còn vấn đề ngay trong điều khiển đường, giá trị cần không thể trực tiếp đưa và bộ so sánh, ngược lại trước đó đã cần đến vô số các bước tính toán chênh lệch chẳng hạn như tính dịch động của điểm 0 và các số liệu chỉnh lý dao cụ cũng như việc tìm các điểm trước đồng nhất để giảm bớt tốc độ chạy dao ở vùng lân cận điểm ngắt mạch. Để hiểu nguyển tắc tác dụng của bộ so sánh số – tuyệt đối, ta hãy mô tả một bộ phận so sánh đơn giản ở dạng 1. Bộ so sánh hình thành từ một xích có tên gọi là xích đồng nhất mà nguyên tắc tác dụng của nó trong kỹ thuật rơle rất dễ hiểu và đơn giản. Hình 1.3.20. Sơ đồ mạch so sánh đồng nhất Về nguyên tắc, hệ mạch này cũng có thể dùng cho các hệ thống cốt mã khác. Trên mỗi một rãnh các phép kiểm tra đồng nhất được tách riêng do một mạch trình tự (mạch AND) của các tiếp điểm 0 hoặc các tiếp điểm L của rơle cần và thực tiếp nhận. Nhờ có mạch trình tự, các khâu đồng nhất riêng lẻ làm xuất hiện xích đồng nhất, dòng điện chỉ có thể chạy qua xích này khi trạng thái mạch 0 hoặc L của các rơle cần và thực trên mỗi rãnh tách biệt đều đồng nhất và chỉ sau đó rơle đồng nhất K mới nhận một tín hiệu ngắt mạch. Hình 1.3.20 trình bày trạng thái mạch đồng nhất đối với số 5 (0L0L). Ngày nay người ta đưa vào sử dụng các phần tử logic có nền bán dẫn và liên hệ vi mạch khiến cho linh kiện rất nhỏ nhưng tốc độ làm việc lại rất lớn và tuổi thọ cao, ở các mạch này cũng giống như các mạch rơle, trên mỗi một rãnh đều được kiểm tra xem giá trị cần và thực có đồng nhất với nhau hay không. Việc kiểm tra đồng nhất được thực hiện nhờ phần tử AND U1. Nhờ vậy mà trạng thái đồng nhất của hai giá trị 0 nếu xuất hiện một tín hiệu L thì trước đó các tín hiệu cần và thực được phủ định nhờ phần tử NAND. ở trạng thái đồng nhất của 0 hoặc L thì một tín hiệu L có thể được tiếp nhận ở một trong hai phần tử AND của rãnh tương ứng. Tín hiệu L này đối với mỗi rãnh được tiếp nhận ở phần tử OR và được dẫn tới phần tử AND U2. Sau đó chỉ đưa ra một tín hiệu đồng nhất L khi trên tất cả các rãnh đều đồng nhất. Mạch vừa mô tả cũng có thể kiểm tra một tổ hợp bộ 3. Nếu ta muốn đồng thời kiểm tra nhiều bộ 3 thì phải có mạch kiểm tra nhiều tầng và tín hiệu đồng nhất của mỗi mạch riêng lẻ phải được tiếp nhận trong mỗi mạch một phần tử AND mở rộng để thực hiện kiểm tra đồng nhất lần cuối. Tổn hao kĩ thuật sẽ tăng lên cùng với sự tăng con số các vị trí. Nếu cần có sự xác định đồng nhất đơn giản và sự xác định về chiều hoặc trong trường hợp cao nhất là cần có một tín hiệu chênh lệch cho một mạch điều chỉnh người ta sẽ dùng mạch vạn năng. 4. Bộ so sánh số – tuyệt đối dùng cho điều khiển phi tuyến. Hoạt động của mạch điều khiển vị trí trong điều khiển phi tuyến dùng hệ thống đo số – tuyệt đối đòi hỏi một bộ so sánh đảm nhiệm được quá trình tính toán liên tục các sai lệch giữa giá trị cần tuyệt đối với giá trị thực và đưa ra thêm một tín hiệu xác định chiều chuyển động, giá trị cần được cấp từ bộ nội suy làm việc ở dạng số. Ngược lại với bộ so sánh gia số, ở đây giá trị cần tồn tại không phải ở dạng xung mà là giá trị tuyệt đối dạng số. Nhờ bộ biến đổi số – tương tự (Biến đổi D/A) tín hiệu chênh kệch chuyển sang dạng điện áp tương tự và có thể điều khiển được chuyển động chạy dao trong mạch điều khiển vị trí. Hình 1.3.21. Bộ so sánh số – tuyệt đối trong mạch điều khiển Hình 1.3.22. Tín hiệu đầu ra của BSS số – tuyệt đối có cụm tính chênh lệch Hình 1.3.21 mô tả sự bố trí của một bộ so sánh số tuyệt đối trong mạch điều khiển vị trí và hình 1.3.22 nêu rõ tín hiệu đầu ra của bộ so sánh (bộ tính toán chênh lệch) phân biệt về độ lớn và dấu. Sự phân cấp tương thích với bước tiến đơn vị của máy. Nó sẽ trượt sau khi biến đổi số – tương tự do quán tính của truyền động, tạo thành chuyển động chạy dao liên tục chứ không phải là dạng bước nhảy. 5. Bộ so sánh tương tự. Trong phương pháp đo làm việc kiển tương tự thường sản sinh một thế hiệu điện tỷ lệ với quãng đường. Nó đước so sánh với điện áp đặt trước đống vai trò là gía trị cần. ở trường hợp điện áp xoay chiều, có thể thực hiện so sánh cả về biên độ và về pha. Tuy nhiên, trước kh._. của trục chính (từ 0.001 đến 9999.999vòng) Trong đó U, X, P có thể được dùng tuỳ ý. Thời gian dừng phải được đặt trong một câu lệnh riêng. Ví dụ: G99 G04 X3; đ Thời gian dừng lại là 3 giây G98 G04 X3; đ Thời gian dừng lại sau 3 vòng quay của trục chính. Khoảng thời gian trễ được tính theo công thức sau: T = 60 (s) Số vòng quay của trục chính (v/ph) Đổi đơn vị đo: Inch/ Milimet: G20/ G21 Đơn vị đo theo inch hoặc milimet được chuyển đổi ngay sau khi đưa các lệnh này vào chương trình. Ngoài ra, các dữ liệu công nghệ cũng được thay đổi theo. G20: Lượng chạy dao tính bằng Inch/vòng Tốc độ cắt tính bằng Feed/phút G21: Lượng chạy dao tính bằng mm/vòng Tốc độ cắt tính bằng mét/phút Các lệnh G20 và G21 phải đứng độc lập trong một câu lệnh. Chúng có tác dụng tới khi một đơn vị khác được thay thế. Kết thúc chương trình M30 hệ điều khiển tự động trở về đơn vị đo đã được mặc định. Tự động trở về điểm tham chiếu: G28 Khi có lệnh này dụng cụ cắt sẽ tự động trở về điểm tham chiếu của máy. lệnh này được sử dụng ở cuối chương trình, sau khi đã gia công xong chi tiết hoặc khi cần trở về vị trí gốc để hệ thống đo nhận biết được. Mẫu câu lệnh: G28 X(U)... Z(W)...; Trong đó giá trị toạ độ theo X(U) và Z(W) là điểm trung gian mà dụng cụ cắt sẽ đi qua trước khi trở về điểm gốc. Chú ý: + Trường hợp trở về thẳng điểm R, việc lập trình như sau: G28 U0 W0; + Nếu viết nhầm: G28 X0 Z0; Dao sẽ đi qua điểm trung gian là điểm gốc toạ độ chi tiết, sau đó trở về điểm gốc R. Như vậy sẽ rất nguy hiểm. Thiết lập hệ thống làm việc của chi tiết: G50 Khi gia công theo một chương ftrình, hệ điều khiển phải nhận biết được vị trí dao ở điểm gốc chương trình Po. Vì vậy cần thiết phải lập hệ thống làm việc bằng lệnh G50. Hình 3.2. Trở về điểm tham chiếu của máy Mẫu câu lệnh: G50 X____Z____; Trong đó giá trị X, Z là toạ độ điểm bắt đầu của dao Po (X__Z__) Ví dụ: G50 X200. Z100.; Như vậy, hệ điều khiển sẽ nhận biết được vị trí của dao Po so với điểm gốc chương trình là W là X = 200, Z = 100. Sự nhận biết này thông qua bộ sử lý để tính toán, điều khiển hoạt động của máy gia công. Nhưng việc sử dụng G50 trong kỹ thuật lập trình còn phụ thuộc vào phần mềm điều khiển của từng hãng, với từ lệnh này không được tiêu chuẩn hoá. Chú ý Phần mềm điều khiển cho máy tiện CNC Mori Seiki SL253 sử dụng từ lệnh G50 để giới hạn tốc độ tối đa của trục chính. Mẫu câu lệnh: G50 S_____; Khai báo tốc độ của trục chính (v/ph) Tiện ren: G33 Tiện ren có thể được lập trình với lệnh G33. ở đây lượng chạy dao và số vòng quay của trục chính được làm đồng bộ theo sự lệ thuộc vào bước ren được lập trình F. Bước ren F được lập trình theo hướng Z khi tiện ren trên mặt trụ và mặt côn tới 450. Theo cách lựa chọn với địa chỉ I và K thì F cũng được lập trình theo hướng X tương đương hướng Z. ở đây giá trị lớn hơn trong hai giá trị sẽ được thực hiện, hệ điều khiển tự động tìm được giá trị lớn hơn và giá trị nhỏ hơn. Mẫu câu lệnh: G33 X...Z...F... Trong đó: X, Z: Toạ độ các điểm cuối. F: Bước ren. Hiệu chỉnh bán kính lưỡi cắt: G41, G42, G40e. Hình 3.3. Hình lưỡi cắt trong thực tế Khi lập trình trên máy tiện, điểm mà ta điều khiển để tạo thành hình chi tiết là điểm đầu mũi của dụng cụ. Trên lý thuyết thì đó là một điểm, xong trong thực tế thì dao được chế tạo có phần cung tròn tại đầu mũi với một bán kính xác định đã được nhà sản xuất cho trước. Do có bán kính mũi dao nên gây sai số cắt gọt, làm sai lệch hình dạng của chi tiết cần gia công. Ta hãy xét trường hợp sau đây: Sai số khi nội suy đường thẳng. Hình 3.4. Sai số khi nôị suy đường thẳng Khi nội suy đường thẳng, sai số hình dạng chi tiết gia công được minh hoạ ở hình trên. Các sai số gia công được tính như sau: Zc = r. (1 – tang(q/2) Xc = r. tangq Trong đó: Zc: Sai số theo phương Z Xc: Sai số theo phương X R: Bán kính mũi dao q: Góc nghiêng của bề mặt gia công so với phương Z. Sai số khi nội suy cung tròn Trường hợp nội suy cung tròn thì biên dạng gia công bị sai lệch nhiều hay ít tuỳ theo bán kính của cung, chiều dài cung. Sơ đồ tính sai số như hình dưới (cho trường hợp nội suy cung tròn theo chiều kim đồng hồ). Có thể chứng minh được rằng đường cắt thực là một cung tròn có tâm là O1 với O1 là tâm của đường tròn quỹ đạo tâm của mũi dao. Thực vây, khi lập trình để mũi dao lý thuyết đi theo cung tròn bán kính là R thì tâm của dao luôn cách điểm cắt lý thuyết một khoảng là r. và quỹ đạo tâm dao là cung tròn tâm là O1 với OO1 = r. . Đường cắt thực tế là một đường cong luôn luôn tiếp xúc với đường tròn mũi dao và luôn cách tâm dao một khoảng chính bằng bán kính mũi dao là r. Hình 3.5. Sơ đồ tính toán lượng bù dao khi nội suy Do đó, đường cắt thực cũng là một cung tròn có tâm O1 và bán kính là R+r trong đó R là bán kính cung tròn nội suy. Các sai số gia công có thể được tính dựa theo hình vẽ sau đây: Gọi f là góc cắt thực tại vị trí I, khi đó sai số được tính là: Zc = r – r. cosf. Xc = r – r. sinf. Hình 3.6. Sơ đồ tính toán bù dao nội suy cung tròn Như vậy, nếu không tính đến sai số do bán kính mũi dao thì chi tiết gia công có thể sẽ rất không chính xác theo yêu cầu. Hệ điều khiển CNC cho phép ta có thể khử được sai số này bằng các lệnh bù dao tự động. Trong đó, dữ liệu về dao (OFFSET của dao) đã được ghi nhớ trong bộ nhớ của máy tính bao gồm các thông số, chiều dài dao, bán kính mũi dao, bề rộng lưỡi cắt (dao tiện rãnh..) khi gọi lệnh bù dao, máy sẽ tự động tính lượng sai số theo phương X, Z cho từng vị trí trung gian mà dụng cụ cắt đi qua và điều chỉnh đường đi của nó theo lượng bù đã được tính toán. Câu lệnh: G41: Bù bán kính mũi dao, dao ở bên trái đường gia công G42: Bù bán kính mũi dao, dao ở bên phải đường gia công G40: Huỷ bỏ chức năng bù bán kính mũi dao Các lệnh G41, G42 có thể được đặt độc lập trong một câu hoặc đặt trong một câu lệnh khác. Nó có tác dụng ngay sau khi gọi và chỉ mất tác dụng khi có câu lệnh G40. Hình 3.7. Bù bán kính dao 5. Các chu trình. 5.1. Các lệnh tiện ren: G32, G76, G92 Các lệnh G32, G76, G92 được dùng trong chương trình khi cắt ren liên tục hoặc cắt ren theo chu trình. Tiện ren đơn giản: G92 Mẫu câu lệnh: G92 ...F____; Mã lệnh khi cắt ren Bước ren (mm) Ví dụ: G92 X50. Z-30. F1.5; đ Tiện ren có bước ren F = 1.5 mm Hình 3.8. Tiện ren với G92 Tiện ren phức hợp: G76 Đây là chức năng để lập trình ren bằng một câu lệnh G76. Mẫu câu lệnh: G76 P xx xx xx Q...R...; G76 X...Z... R0 P... Q... F...; Cụ thể minh hoạ như sau: G76 P(m) (r) (a) Q (d min) R (d); G76 X(u) Z(w) R(i) P(k) Q(d) F...; P(m): Số lần lặp lại trước lần cắt cuối cùng. r: Vát góc ở phần cuối của ren a: Vát góc ở phần giữa ren Q(dmin): Lượng cắt nhỏ nhất theo đường kính. R(d): Lượng dư gia công tinh. X(u): Đường kính chân ren. Z: Toạ độ điểm cuối của đường ren theo trục Z. R(i): Bỏ qua P(k): Chiều cao của ren. Q(d): Lượng cắt đầu tiên tính bằng mm. ví dụ: Q1800 có nghĩa là lượng cắt theo phương đường kính là 1.8 mm. F: Tốc độ tiến dao. Ví dụ chương trình N01 G97 S1000 M03; T0101; G00 X50. Z5.0 T0101; G76 P021060 Q100 R100; G76 X28.2 Z-32.0 P900 Q500 F1.5; G00 X200. Z200. T0101; M30; Có nghĩa là: Lặp lại 2 lần lượng vát góc ở cuối đường ren là 1.0 mm, góc giữa các ren là 600, chiều sâu cắt nhỏ nhất là 100 mm, lượng dư để lại sau gia công tinh là 100 mm, chiều dài ren là 28.2, đường kính chân ren là 28.2 mm, chiều cao ren là 0.9 mm, lượng cắt cho lát cắt đầu tiên là 0.5 mm, tốc độ tiến dao là 1.5mm/vòng. 5.2. Chu trình cắt tinh: G70 Chu trình cắt tinh được xây dựng trên cơ sở các khối lệnh và dịch chuyển được lập trình để tạo nên đường cắt tinh. Mẫu câu lệnh: G70 P __ Q__; Trong đó: P: Khối lệnh đầu tiên tạo nên đường cắt tinh Q: Khối lệnh cuối cùng tạo nên đường cắt tinh Máy sẽ thực hiện các câu lệnh trong khoảng từ P đến Q một cách tuần tự và câu lệnh này sẽ hết tác dụng khi đọc xong câu lệnh thứ Q. Sau đó máy tiếp tục thực hiện các câu lệnh sau câu lệnh Q. Ví dụ: N50 G70 P55 Q70; N55 G00 G42 X ...; N60 G01 Z - ..; N65 G02 X ... Z .. R .. ; N70 G01 G40 X ...; N75 ...; 6. Các chức năng khác. Chức năng chọn dụng cụ cắt: T Khi lập trình gia công, tuỳ thuộc vào bề mặt cần gia công ma ta lựa chọn dao cho phù hợp. Việc lựa chọn dao dựa vào chức năng dụng cụ ma hệ điều khiển đã quy định. Mẫu từ lệnh Bao gồm: Địa chỉ T và 4 chữ số tạo thành 2 nhóm. T    ẹẹ...; Nhóm thứ hai chỉ các thông số của dao ( TOOL OFFSET). Nhóm thứ nhất chỉ số hiệu Hình 3.9. Bảng Offset dụng cụ Nếu nhóm thứ hai là 00 tức là bỏ OFFSET dao. Bảng OFFSET dao bao gồm các thông số: Số thứ tự của dao trong đầu dao. Khoảng bù của dao so với dao chuẩn. Kí hiệu dao Mỗi một con dao có các thông số OFFSET xác định và được lưu trong bộ nhớ của hệ điều khiển. Mục đích của việc lưu OFFSET này là: Các kích thước của dao được nhớ, khi lập trình cho các chuyển động cung không cần phải quan tâm đến các kích thước của dao, bỏ qua các mối lo về va chạm. Các kích thước của dao được tìm ra nhờ quá trình đo dao trên máy hoặc thông qua các vật mang tin đưa vào bộ nhớ dữ liệu dao của hệ điều khiển. Nhớ các giá trị chỉnh lí dao: Các giá trị dung sai khi điều chỉnh dao cũng như lượng mòn của lưỡi cắt dẫn đến sai lệch giữa các dữ liệu dao đã ghi trong bộ nhớ và vị trí của lưỡi cắt. Hệ điều khiển khi nhớ thêm các giá trị chỉnh lí dao sẽ tạo khả năng khắc phục các sai lệch của dao ứng với từng số hiệu dao trong bộ nhớ. Gọi dao từ ổ chứa dao: Lệnh T cho phép gọi dao vào vị trí làm việc, cho phép hệ điều khiển quan tâm đến những dữ liệu về dao và trong một số trường hợp quan tâm đến cả những giá trị chinhe lí dao phù hợp với điều kiện chỉnh dao cũng như bề mặt nội đã lập trình. Chức năng chọn tốc độ trục chính: S Tốc độ quay của trục chính được xác định bằng chức năng (S), tốc độ quay được tính bằng vòng/phút hoặc mét/phút. Trường hợp tốc độ trục chính tính theo (vòng/phút). Mẫu câu lệnh: G97 S____ M03(M04); Điều khiển số vòng số vòng quay của trục chính(n) không đổi. Số vòng quay của trục chính (vòng/phút). Trục chính quay thuận (ngược chiều kim đồng hồ), với nhìn vào mặt đầu trục chính. Ví dụ: G97 S1000 M03; đ Trục chính quay thuận chiều kim đồng hồ với tốc độ 1000v/ph. G97 S500 M04; đ Trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ 500 v/ph. Trường hợp tốc độ tính theo mét/phút. Mẫu câu lệnh: G96 S _____ M03(M04); Điều khiển vận tốc dài của trục chính (V) không đổi. Giá trị vận tốc dài của trục chính (mét/phút). Trục chính quay thuận (ngược chiều kim đồng hồ), với hướng nhìn vào mặt đầu trục chính. Ví dụ: G96 S100 M03; đ Trục chính quay thuận chiều kim đồng hồ với tốc độ 100 m/phút. G96 S150 M04; đ Trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ. * Ghi chú: Tốc độ cắt được tính theo công thức: v = (m/phút) Với: D: Là đường kính của phôi. n: Tốc độ vòng quay của trục chính. Khi chọn tốc dộ cắt là v = const (G96) thì khi đường kính càng nhỏ tốc độ vòng quay phải lớn lên tỷ lệ nghịch với đường kính của phôi khi cắt, tốc độ vòng quay vô cùng lớn khi dao đên tâm. Vì vậy khi sử dụng G96, người ta phải sử dụng câu lệnh G50 S...; để giới hạn tốc độ cắt. Ví dụ: O0001; G50 S2000; đ G00 T0101; G96 S100 M03; đ V = 100 m/ph, nhưng số vòng quay của trục chính tối đa là 2000 v/ph Chọn tốc độ chạy dao. Lượng dịch chuyển dao được xác định bằng chức năng F. lượng dịch chuyển có đơn vị có thể là mm/vòng hoặc mm/phút. Trường hợp lượng dịch chuyển là mm/phút (G98). Mẫu câu lệnh: G98 Z ... Z ... F ..........; Dịch chuyển Giá trị dịch chuyển. dao mm/phút. Ví dụ: G98 G01 X25. Z10. F80; đ Dịch dao tới điểm có toạ độ X = 25 mm, Z = 10 mm, lượng dịch chuyển là F = 80 mm/phút. b. Trường hợp lượng dịch chuyển là mm/vòng. Mẫu câu lệnh: G99 X ... Z... F...; Dịch dao Giá trị dịch chuyển. theo mm/vòng. Hình 3.10 Tốc độ chạy dao theo mm/vòng Ví dụ: G99 X25. Z10. F0.25; đ chạy dao tới điểm có toạ độ X = 25mm, Z = 10 mm, Lượng dịch chuyển F = 0.25 mm/vòng. Các chức năng phụ khác. Các chức năng phụ, còn gọi là các chức năng trợ giúp, được lập trình với địa chỉ M (Miscellaneous Function). Nó bao gồm trước hết các nhiệm vụ công nghệ không lập trình dưới địa chỉ F, S, hoặc T. Các chức năng phụ được ký hiệu bằng chữ cái M với hai chữ cái từ 00 đến 99 được dùng để vận hành máy trong quá trình gia công. Một số chức năng phụ M thường được ký hiệu như sau: * M00 – dừng chương trình (sau khi thực hiện gia công theo lệnh nào đó thì trục chính dừng quay, lượng chạy dao dừng lại, dung dịch trơn nguội bị ngắt, muốn gia công tiếp phải ấn nút điều khiển * M01 – dừng theo lựa chọn (chức năng tương tự như M00 nhưng chỉ được thực hiện khi có lựa chọn trước từ bảng điều khiển). * M02 – kết thúc chương trình sau khi thực hiện gia công theo tất cả các lệnh của chương trình. * M03 – trục chính quay theo chiều kim đồng hồ. Quy ước này được hiện thị như sau: trục chính quay theo chiều mà theo đó có một vít với chiều xoắn phải được gá trên trục chính hướng vào chi tiết gia công. * M04 – trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ (trục chính quay theo chiều mà theo có một vít với chiều xoắn phải trược gắn trên trục chính đi ra khỏi chi tiết gia công. * M05 – dứng trục chính công tác. * M06 – thay dao tự động. * M07 và M08 mở dung dịch trơn nguội. * M09 - đóng dung dịch trơn nguội. M10 - đóng kẹp trên tất cả các trục của máy. M11 – mở kẹp trên tất cả các trục của máy. M19 – dừng quay trục chính ở vị trí xác định (trục chính dừng quay khi đạt được vị trí góc xác định) M30 – kết thúc chương trình (trục chính ngừng quay, ngừng chạy dao và ngắt dung dịch trơn nguội sau khi thực hiện tất cả các lệnh của chương trình gia công. M59 – tốc độ quay của trục chính cố định ( giữ số vòng quay của trục chính cố định không phụ thuộc vào sự dịch chuyển của cơ cấu chấp hành của máy). 7. Chu trình cắt ren: G92 Khi thực hiện cắt ren của chi tiết, nếu dùng kỹ thuật lập trình theo các phương pháp thông thường thì sẽ phải dùng rất nhiều câu lệnh. Chẳng hạn khi cắt ren ta phải cắt bằng nhiều lát cắt, mỗi lát cắt là một chu trình khép kín. Sau một số lát cắt nhất định bề mặt ren sẽ đạt yêu cầu kỹ thuật. Vì vậy người ta đưa ra kỹ thuật lập trình bằng từ lệnh G92. Mẫu câu lệnh: G92 X(U)_____Z(W)_____F_____; Chu trình cắt ren Toạ độ điểm cuối Bước ren của ren a) Cắt ren có rãnh thoát dao b) Cắt ren cạn dần Hình 3.11. Chu trình khi cắt ren Có hai trường hợp: * Cắt ren có rãnh thoát dao thì thêm (M21) vào trong câu lệnh. * Cắt ren cạn dần thì số lần cắt và chiều sâu cắt được tính trong bảng (II.1) tuỳ thuộc vào bước ren cần gia công. Hình 3.12. Các thông số của ren Để tạo ra được một phần ren yêu cầu, ta cần phải thực hiện gia công nhiều lần, mỗi lần chỉ cắt được một lượng giới hạn kim loại. Trong bảng trên là các giá trị chiều sâu cho từng lần cắt. Với mỗi bước ren ta cần phải xác định số lần cắt, chiều sâu cắt cho từng lần được tra trong bảng. Thông qua đó ta tính được lượng dư tổng cộng, kích thước của phôi trước khi cắt ren với bước xác định. Những điểm cần chú ý khi cắt ren. * Tốc độ quay của trục chính được xác định bằng từ lệnh G97 * Khi máy bắt đầu chạy, một thời gian ngắn sau mới đạt được tốc độ ổn định, do đó phải tính toán khoảng cách trước và sau khi dao bắt đầu cắt phải được xác định sao cho khi dao đã có tốc độ cắt. Hình 3.13. Đồ thị tốc độ trong một chu trình cắt ren Khoảng cách d1và d2 được xác định theo công thức: d1 = K1. N. P d2 = K2. N. P Trong đó: K1: Là hằng số, khoảng 0.002 K2: Là hằng số, khoảng 0.00055 N: Tốc độ quay của trục chính P: Bước ren * Đối với trường hợp không có rãnh thoát dao, trong câu lệnh phải đặt chế độ Chamfer ON bằng M76, Chamfer OFF bằng M77. 8. Hiệu chỉnh dao khi tiện: Hiệu chỉnh dao khi thực hành nguyên công tiện có thể đựoc thực hiện bằng hai phương pháp Hiệu chỉnh vị trí dao. Trong trường hợp này dao được đưa vào trước lúc gia công ( thông thường sau khi gá dao ) và nó được huỷ bỏ sau khi kết thúc gia công tất cả các bề mặt bằng dao đó . Hiệu chỉnh dao đối với bề mặt gia công . Trong trường hợp này hiệu chỉnh dao được đưa vào trước khi dao đi tới bề mặt gia công cụ thể và nó được huỷ bỏ ngay sau khi bắtđầu cắt . 8.1 Hiệu chỉnh vị trí dao. Trong các máy CNC hiện đại thông thường có 6 thông số hiệu chỉnh dao như sau ( hình ....) LX – chiều dài của dao theo trục X được xác định theo điểm chuẩn F. LZ – chiều dài của dao theo trục Z DX- độ mòn theo trục X ( theo đường kính ) DZ- độ mòn theo truc Z Rs – Bán kính đỉnh dao A - Vị trí đỉnh P được xác đình theo chỉ số từ 1 đến 9 tuỳ thuộc vào hướng của dao Hình 3.14. Các thông số hiệu chỉnh: a) Các thông số của dao; b) Phân bố các vết dao theo vị trí P Mỗi dao có 6 ( hoặc ít hơn ) thông số hiệu chỉnh . Nhóm thông số hiệu chỉnh này có và thông thường nó trùng với số hiệu của dao . Số hiệu của nhóm hiệu chỉnh dao được viết sau số hiệu (mã số ) của dao . Ví dụ T15 với nhóm hiệu chỉnh 15 trong câu lệnh được viết là T1515 .Các thông số hiệu chỉnh được đưa vào bộ nhớ của hệ điều khiển máy và chúng được lưu giữ trong suât thời gian hiệu chỉnh dao . Thông tin vè hiệu chỉnh dao được viết như sau : % LF G92 TX..Z...B...A G92 T12X ...Z...B...A G92 T08 X... Z...B...A Đối với dao trên hình 9.15a dòng thông tin có dạng : G92 T15 X85.6 Z54.4 B1.2 A3 Trong đó B là bán kính mũi dao Rs A là số của vết (Só 3 trên hình 9,15 ) Trong các máy tiện CNC khác nhau thì hiệu chỉnh vị trí dao cùng đươc gọi là các phươg khác nhau Trong Lưc , Thông thường diệu chỉnh vị trí dao có 2 cáchdau :Hiệu chỉnh chiều dài và hiệu chỉnh ban kính đỉnh dao Hiệu chỉnh chiều dài dao (hình .. ) ở đây có sự dịch chuyển hệ toạ độ của dao từ điểm F ( điểm chuẩn của chiều dài dao ) tới điểm P ( đỉnh dao ) : % LF N01 G90 G00 X160 Z-20 T0 N05 G96 S100 M03 N10 G00 X48 Z-95 N15 G01 Z-100 F0.2 N20 Z-120 N25 X60 N30 Z –130 N35 X70 N40 G00 X160 Z-20 T0 N45 M02 ` Hình 3.15. Sơ đồ hiệu chỉnh đài dao khi tiện Giải thích chương trình : N01 cho biết đài dao ở điểm F , tại đây T0 xoá tất cả các hiệu chỉnh trước đó theo cả hai trục . N05 G96 cùng với địa chỉ S cho biêt tốc độ cắt S=100 m/phút và trục chính quay theo chiều kim đồng hồ ( M03 ) . N10 : thay dao để có dao T1515 và dịch chuyển dao tới điểm 1 với hiệu chinh dao theo cả hai trục ( X=48, Z=-95) . N15 đến N35 : quá trình cắt chi tiết . N40 : Dao dịch chuyển nhanh vè điểm F và huỷ bỏ hiệu chỉnh dao theo cả hai trục (T0) . Hiệu chỉnh bán kính đỉnh dao : Trong chương trính hiệu chỉnh bán kính đỉnh dao , dao được gọi ra bằng G41 hoặc G42 tùi thuộc vào chiền chuyển động của dao đối với contuor chi tiết ( hình ) . Chức năng G41 cho biết dao ở bên trái contour gia công nều nhìn theo hướng dịch chuyển của nó , còn G42 là dao ở bên phải contor gia công . Chức năng G40 là huỷ bỏ hiệu chỉnh . Xét trên hình 9.17 các điểm 0-1-2-3 là quỹ đạo của dao , còn tâm dao nằm ở điểm S . Chương trình được viết như sau : %LF N01 G09 G00 X20 Z85 S450 F50 T1503 N02 G01 G41 Z55 T0003 N03 G02 Z25 X60 I20 K30 N04G00 G40 X75 M00 Theo G41 của N02 từ các thông số hiệu chỉnh 03 của dao T15 giá trị Rs (bán kính đỉnh dao ) được gọi . Giá trị Rs được tính đến khi xây dung quỹ đạo của đường cách đều để gia công theo contour . Giá trị I,K là toạ độ tâm cung tròn . Trong một số máy CNC đối với choc năng G41, G42 người takhông ghi số nhóm hiệu chỉnh mà chúng đã được biết khi xác định dụng cụ cắt . Như vậy chương trình hiệu chỉnh bán khính dao có thể được viết như sau : N07 G40 X70 Z120 N08 T1503 M06 N09G00 X0 Z70 N10 G42 X0 Z20 N11 G01 X85 Lệnh N07 huỷ bỏ hiệu chỉnh dao khi dao dịch chuyển đến điểm có toạ độ X70, Z120 . Lệnh N08 là thay dao (M06 ) để có dao T15 với nhóm hiệu chỉnh 03. Với lệnh N09 dao dịch chuyển về điểm Ps .Lệnh N10 (G42)là hiệu chỉnh bán kính đỉnh dao và dịch chuyển dao tới contur chi tiết . Do có hiệu chỉnh bán kính đỉnh chonen dao có vị trí xác định so với contour chi tiết có nghĩa là nằm trên quỹ đạo của đường cách đều khi dao dịch chuyển từ điểm 2 đến điểm 1. 8.2. Hiệu chỉnh dao với bề mặt gia công Phương pháp này được ký hiệu bằng địa chỉ L với số hiệu chỉnh . Trong các hệ điều khiển của máy tiện một số hiệu chỉnh có thể có hai thông số hiệu chỉnh : một thông số để hiệu chỉnh theo trục X và một thông số hiệu chỉnh theo trục Z . Ví dụ câu lệnh sau đây : N(i) G00 X135 Z200 L18 Nghĩa là khi thực hiện hiệu chỉnh thì đối với giá trị X=135 sẽ được thêm (theo dấu ) một giá trị đã đựơc xác định trong số hiệu chỉnh L18 theo trục X. Đối với giá trị Z =200 sẽ được thêm (cũng theo dấu ) một giá trị đã được xác định trong số hiệu chỉnh L18 theo trục Z . Thông thường dấu trừ trong số hiệu chỉnh cho biết hiệu chỉnh theo hướng giảm kích thước chi tiết (đường kính và chiều dài ) nhưng ngoại trừ trường hợp khi dao cắt từ tâm ra ngoài . Dấu cộng trong số hiệu chỉnh chỉ quá trình ngược lại . Tuy nhiên có một số hệ điều khiển chỉ chọn giá trị hiệu chỉnh tuyệt đối , còn dấu được xác định bằng các lệnh cụ thể . 9. Chương trình con. Khi lập trình, có trường hợp chi tiết có các phần giống nhau làm cho việc lập trình trở nên mất thời gian. Trên các máy CNC cho phép dùng các chương trình con để gia công các phần giống nhau nhằm giảm bớt thời gian lập trình, làm cho chương trình ngắn gọn, đơn giản. Chương trình con được lập trước hoặc sau chương trình chính, được gọi vào chương trình chính bất kỳ lúc nào bằng lệnh M98. Chương trình con bắt đầu bằng số hiệu chương trình và kết thúc bằng M99. Có hai cách lập trình – Chỉ sử dụng P hoặc P và L trong câu lệnh. + Mẫu câu lệnh: M99 P ____; Trở về số câu lệnh ở chương trình chính Ví dụ: O1001; G00 X20. Z5.; G01 Z-20.; ............. M99 P___; + Mẫu câu lệnh: M98 P...... L.......; Số lần lặp lại Số hiệu của chương trình Ví dụ: M98 P300 L3; G01 X100. Z12.; M99; Nghĩa là lặp lại chương trình con có số hiệu 300 với số lần lặp là 3. 10. Một số ví dụ về lập trình gia công chi tiết trên máy tiện CNC Ví dụ 1: Lập trình gia công chi tiết tròn xoay %LF N01 G50 X45 Z150 N02 G90 G00 X30 Z140 N03 G01 Z95,5 F85 S800 N04 G96 X58 Z71 S75 N05 G91 G97 Z-11 S410 N06 G90 G10 Z84 X0 B54,3 A+135 N07 G11 G96 B75,3 F45 S75 N08 B79,3 A+148 N09 G63 Z15 Z120 F180 * Giải thích chương trình %LF ký hiệu chương trình N01: đặt dao ở điểm 0 N02: G00 chạy nhanh tới điểm 1. G90 lập trình với kích thước tuyệt đối; X=30; Z=140 là toạ độ của điểm 1. N03: G01 nội suy đường thẳng với lượng chạy dao F=85mm/phút và tốc độ quay của trục chính S=800vòng/phút. Điểm 2 là điểm cuối của lệnh N03(Z=95,5) N04: dao dịch chuyển từ điểm 2 tới điểm 4. Điểm 4 có toạ độ X=58; Z=71. tốc độ cắt ở đoạn này S=75m/phút. ở N04 không cần nhác lại G01(nội suy đường thẳng) mà có G96 và S75 chứng tỏ cắt với tốc độ cắt cố định. N05: G91 cho biết kích thước lập trình theo gia số với Z=-11, S=410vòng/phút N06: G90 kích thước tuyệt đối, G10 nội suy đường thẳng của hành trình chạy nhanh; Z84 và X0 là toạ độ của tâm hệ toạ độ cực(điểm 3); B54.3 là bán kính ứng với điểm 6 là điểm mà dao phải đi tới; A+135 là góc hợp thành giữa bán kính B và trục Z(góc luôn được hợp thành giữa bán kính và các hướng +X và +Z. N07: dịch chuyển của dao từ điểm 6 tới điểm 7; G11 là chạy dao theo đường thẳng; lượng chạy dao F=45mm/phút; G96 cùng với S75 cho biết rằng tại đoạn từ điểm 6 tới điểm 7 thì tốc độ cắt không đổi và S=75m/phút. Điểm 7 có bán kính B75,3(53,3+21 = 75,3mm) N08: dịch chuyển của dao từ điẻm 7 tới điểm 8 với các chức năng như N07. ở đây bán kính điểm 8 là 79,3mm và góc là 1480. N09: dịch chuyển dao từ điểm 8 tới điểm 9. Toạ độ của điểm 9 là Z=15; X=120. Lượng chạy dao F=180mm/phút. G63 cho biết dao sẽ dừng khi dịch chuyển tới điểm 9. Ví dụ 2: Lập trình cắt ren nhiều đầu mối Khi lập trình gia công ren nhiều đầu mối phải dịch chuyển điểm xuất phát. bước cắt thứ nhất được lập trình như gia công ren một đầu mối. Sau bước cắt thứ nhất phải dịch chuyển điểm xuất phát một đoạn Dh Khoảng Dh phụ thuộc vào bước ren p và số đầu mối i; Dh = p/i Ví dụ lập trình với bước ren p = 6mm, số đầu mối i = 2, ta có Dh = 3; ren 3 đầu mối i = 3 thì Dh = 2mm. Dưới đây là chương trình gia công ren 3 đầu mối với p = 6mm. N01 G90 S800 N02 G00 X66 Z115 N03 X58.4 N04 G33 Z30 K6 M08 N05 G00 X66 N06 Z115 N07 X56.8 N08 G33 Z30 K6 N09 G00 X66 N10 Z115 N11 G60 X55.2 N12 G33 Z30 N13 G00 X66 N14 Z117 N15 X58.4 N16 G33 Z30 K6 N17 G00 Z66 N18 Z117 N19 X56.8 N20 G33 Z30 N21 G00 X66 N22 Z117 N23 G60 X55.2 N24 G33 Z30 K6 N25 G00 X66 N26 Z119 N27 X58.4 N28 G33 Z30 K6 N29 G00 X66 N30 Z119 N31 X56.8 N32 G33 Z30 K6 N33 G00 X66 N34 Z119 N35 G60 X55.2 N36 G33 Z30 K6 N37 G00 X66 M09 N38 Z115 M00 Giải thích chương trình: Bước cắt ren thứ nhất xuất phát từ điểm 1. lệnh N02 là dịch chuyển dao tới điểm 1. Ba bước cắt được thực hiện theo các lệnh N04, N08 và N12. sau bước cắt thứ 3 dao dịch chuyển từ điểm 8 đến điểm 9 theo lệnh N14. từ điểm 9 dao bắt đầu cắt mối thứ 2 theo các lệnh N16, N20, N24 (cũng cắt làm 3 mối như đầu mối thứ nhất). Sau khi cắt xong đầu mối thứ 2 dao dịch chuyển tới điểm 13. Điểm 13 là điểm xuất phát để cắt đầu mối thứ 3 theo các lệnh N28, N32, N36. Chức năng G60 là xác định vị trí chính xác của dao. M00 là dừng chương trình. Ví dụ 3 Lập trình cắt ren côn Trong trường hợp cắt ren côn dao dịch chuyển theo hai trục: theo trục Z(lượng chạy dao theo trục z trong một vòng quay của trục chính) với địa chỉ k và theo trục x (lượng chạy dao theo trục x trong một vòng quay của trục chính) với địa chỉ I. Khi lập trình cần xác định toạ độ của các điểm trên hình là quỹ đạo chuyển động của dao khi cắt ren côn với bước ren theo trục z là 3mm và bước ren theo trục x là 0.8mm Chương trình được viết như sau: N01 G90 S600 N02 G00 Z121 X66 N03 X54.6 M08 N04 G33 Z40 X97.8 K3 I0.8 N05 G00 X105.2 N06 G10 Z121 X62 N07 G60 X52.4 N08 G33 Z40 X95.6 K3 I0.8 N09 G00 X105.2 M09 N10 G10 Z121 X62 M00 * Giải thích chương trình N01 G90 là lập trình theo kích thước tuyệt đối S600 là số vòng quay trục chính (600vòng/phút). N02 dao chạy nhanh tới điểm 1(toạ độ Z121, Z62) N03 dao dịch chuyển tới điểm 2 (toạ độ X54.6) đồng thời mở dung dịch trơn nguội N04 cắt ren và dao dịch chuyển đến điểm 3 (toạ độ Z40, X97.8) bước ren theo trục Z (K=3) và bước ren theo trục X(I=0.8) N05 dao dịch chuyển nhanh từ điểm 3 đến điểm 4 (toạ độ X105.2) N06 G10 là nội suy đường thẳng chuyển động nhanh, dao dịch chuyển từ điểm 4 đến điểm 1 (toạ độ Z121, X62) N07 G60 là xác định vị trí chính xác của tâm dao tại điểm 5 (toạ độ X52.4) N08 cắt ren theo lệnh G33. dao dịch chuyển đến điểm 6 (toạ độ Z40, X95.6), bước ren theo trục z là K = 3 và bước ren theo trục x là I = 0.8 N09 dao chạy nhanh tới điểm 4 (toạ độ X105.2), M09 là đóng dung dịch trơn nguội N10 G10 là nội suy đường thẳng chạy dao tới điểm 1 (toạ độ Z121, X62), M00 là dừng chương trình. X. điều khiển để máy gia công các chi tiết. Máy tiện CNC gia công được rất nhiều chi tiết phức tạp, để đảm bảo gia công đạt độ chính xác cao, các công việc chuẩn bị công nghệ là rất quan trọng. Sau đây là trình tự các bước vận hành, điều chỉnh máy để gia công chi tiết. 1. Chuẩn bị quy trình công nghệ. Để gia công được chi tiết cần phải xây dựng được quy trình công nghệ hợp lý, tính toán lượng dư, tính toán chế độ cắt cho các nguyên công một cách đúng đắn và chính xác thì mới đảm bảo được các điều kiện kỹ thuật của chi tiết gia công. Quy trình công nghệ hợp lý sẽ nâng cao hiệu quả làm việc, giảm bớt phế phẩm. 2. Cố định dao. Các dao cần phải được cố định chắc chắn trên đài dao theo một thứ tự hợp lý để tránh các trường hợp lỏng lẻo, và đập khi gia công. Đặc biệt với các mũi khoan cần bố trí hợp lý vì chúng thường có chiều dài lớn. Sau khi đã cố định dao trên đài dao, cần phải nhập các giá trị của dao vào TOOL OFFSET của máy để máy sẽ bù khi được gọi đến chức năng bù. 3. Kiểm tra điều kiện cắt gọt. Cần phải kiểm tra điều kiện cắt gọt của các dao xem có hợp lý không, các dao tiện thô cho phép cắt với chiều sâu và tốc độ cắt lớn, các dao cắt tinh không cho phép như vậy ... 4. Chuẩn bị phôi. Phôi để gia công cần được chuẩn bị chu đáo tránh các phôi có chất lượng thấp, có vỏ qúa cứng, độ cứng không đồng đều vì như vậy sẽ làm dụng cụ cắt dễ bị phá huỷ, chất lượng sản phẩm bị ảnh hưởng. Ngoài ra, phôi cần phải được làm đều về kích thước, chúng phải có độ dài và đường kính như nhau. Sau khi phôi đã được gá chắc chắn trên mâm cặp, cần phải định ra điểm không của phôi (Điểm bắt đầu của dao) 5. Lập chương trình gia công, nhớ, kiểm tra, chạy thử chương trình. Chương trình sau khi được lập xong phải được kiểm tra sửa lỗi (Đặc biệt là các lỗi vị trí, đường chạy) và chạy mô phỏng, chạy thử (không cắt). Sau khi đã chắc chắn không có lỗi mới bắt đầu cho chạy tự động chương trình gia công chi tiết. 6. Thiết lập chế độ làm việc tự động của máy. Sau khi đã chuẩn bị hết các bước cần thiết thì ta cho máy chạy tự động để gia công chi tiết. Các bước thiết lập chế độ làm việc tự động: * Gọi chương trình gia công bằng cách ấn nút PROG. - Nhấn nút EDIT. - Nhấn nút RESET. - Nhấn nút MEM cho đèn bật sáng. - Nhấn nút ST (START) để khởi động. Như vậy cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật sự ra đời của máy CNC đã làm tăng chất lượng sản phẩm , giảm khối lượng lao động và thời gian làm việc, mang tính tự động hoá cao ghóp phần vào công cuộc đổi mới phát triển ngành Cơ khí tiến lên trình độ Cơ khí hoá tự động hoá ghóp phần công nghiệp hoá đất nước , ghóp phần nâng cao đời sống cho người dân cũng như ghóp phần thúc đẩy sự phát triển của toàn xã hội. Tài liệu tham khảo 1.Hệ thống điều khiển số trong công nghiệp NXB khoa học&kỹ thuật - T.s Bùi Quý Lực 2.Công nghệ trên máy CNC NXB khoa học&kỹ thuật - GS.TS Trần Văn Địch 3. Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ NXB khoa học&kỹ thuật - PGS.TS Tạ Duy Liêm 4. Điều khiển số và lập trình trên máy CNC NXB khoa học&kỹ thuật - PGS.TS Tăng Huy , GS .TS Nguyễn Đắc Lộc 5. Thiết kế máy công cụ NXB Giáo dục – Ts.Phạm Thế Trường, Ts.Nguyễn Tiến Lưỡng… 6.Hệ thống dẫn động cơ khí T1+T2 NXB Giáo dục – Ts.Lê Văn Uyển, PGS.Ts.Trịnh Chất 7. Giáo trình cơ sở kỹ thuất cắt gọt kim loại 8. Mechatroniccs and Machine Tools Mục lục ._.