Máy điều khiển chương trình số

Khái Niệm Cơ Bản 2.1.1/ Điều khiển Là sự thay đổi của các đại lượng đầu ra theo quy luật nhất định nào đó của các đại lượng đầu vào. 2.1.2/ Điều khiển số NC ( Numeric Control ) Là hệ thống các hoạt động được điều khiển trực tiếp bởi dữ liệu số được mã hóa bằng chương trình. Chương trình gồm các chỉ thị được mã hóa dưới dạng số, kí tự chữ, và các kí tự đặc biệt khác. Các chỉ thị này bao gồm:

doc29 trang | Chia sẻ: tlsuongmuoi | Ngày: 22/07/2013 | Lượt xem: 1108 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Máy điều khiển chương trình số, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Chöông 2: MAÙY ÑIEÀU KHIEÅN CHÖÔNG TRÌNH SOÁ 2.1. Khaùi Nieäm Cô Baûn 2.1.1/ Ñieàu khieån Laø söï thay ñoåi cuûa caùc ñaïi löôïng ñaàu ra theo quy luaät nhaát ñònh naøo ñoù cuûa caùc ñaïi löôïng ñaàu vaøo. 2.1.2/ Ñieàu khieån soá NC ( Numeric Control ) Laø heä thoáng caùc hoaït ñoäng ñöôïc ñieàu khieån tröïc tieáp bôûi döõ lieäu soá ñöôïc maõ hoùa baèng chöông trình. Chöông trình goàm caùc chæ thò ñöôïc maõ hoùa döôùi daïng soá, kí töï chöõ, vaø caùc kí töï ñaëc bieät khaùc. Caùc chæ thò naøy bao goàm: Chæ thò ñieàu khieån: Ñöôïc chuyeån thaønh 2 daïng: Tín hieäu xung ñieän (Pulse): ñieàu khieån toác ñoä, soá voøng quay cuûa ñoäng cô truyeàn ñoäng. Tín hieäu ñoùng/ngaét (ON/OFF) : cung caáp chaát boâi trôn vaø laøm nguoäi, choïn vaø thay dao, döøng maùy, keïp nhaû phoâi… Thoâng tin hình hoïc ( Geometrical Information): Laø heä thoáng thoâng tin ñieàu khieån caùc chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa dao cuï vaø chi tieát, coøn goïi laø thoâng tin veà ñöôøng dòch chuyeån. Thoâng tin coâng ngheä ( Technological Information ): Laø heä thoáng thoâng tin cho pheùp maùy thöïc hieän gia coâng vôùi nhöõng giaù trò coâng ngheä yeâu caàu. Vd: chuaån hoùa goác toïa ñoä, chieàu saâu caét, toác ñoä chaïy dao, soá voøng quay truïc chính, chieàu quay truïc chính, ñoùng hay taét dung dòch trôn nguoäi... 2.1.3/ Ñieàu khieån soá baèng maùy tính (CNC) Ñònh nghóa: CNC laø heä thoáng NC söû duïng maùy tính thieát laäp tröïc tieáp treân heä ñieàu khieån maùy. Ñaëc ñieåm: Ñöôïc ñieàu khieån bôûi caùc chæ thò löu tröõ treân boä nhôù maùy tính ñeå thöïc hieän moät phaàn hay toaøn boä caùc chöùc naêng ñieàu khieån soá. Ñöôïc phaùt trieån döïa treân nhöõng thaønh töïu cuûa coâng ngheä vi ñieän töû, vi xöû lí. Caùc heä ñieàu khieån CNC coù khaû naêng thöïc hieän caùc chöùc naêng ñieàu khieån bôûi phaàn meàm -> ñôn giaûn caùc maïch ñieàu khieån, giaûm giaù thaønh , taêng ñoä tin caäy. *** Haàu heát caùc heä ñieàu khieån soá theá heä môùi ñeàu ôû daïng CNC. 2.1.4/ Maùy coâng cuï ñieàu khieån theo chöông trình soá (CNC Machine) Laø theá heä maùy coâng cuï (machine tool) ñöôïc ñieàu khieån bôûi boä ñieàu khieån CNC 2.2. Caáu truùc heä thoáng maùy CNC: Heä thoáng maùy CNC goàm 6 phaàn chính: Hình 2.1 - Chöông trình gia coâng(part program) - Thieát bò ñoïc chöông trình ( program input device) - Boä ñieàu khieån maùy (MCU) - Heä thoáng truyeàn ñoäng ( drive system) - Maùy coâng cuï (machine tool) - Heä thoáng phaûn hoài ( feedback system) Hình 2.1. Caáu truùc cuûa maùy CNC Löu yù: Ñoái vôùi maùy gia coâng CNC, chöông trình gia coâng, thieát bò ñoïc chöông trình vaø boä xöû lyù döõ lieäu (DPU) ñeàu ñöôïc thöïc hieän bôûi maùy tính. 2.3 . Khaû naêng cuûa maùy CNC Veà cô baûn, maùy gia coâng CNC co’ theå thöïc hieän ñöôïc caùc coâng vieäc sau: + Nhaäp döõ lieäu + Bieân taäp chöông trình, laäp trình + Löu tröõ chöông trình + Kieåm tra chöông trình + Chaån ñoaùn loãi + Hieån thò chöông trình vaø moâ phoûng baèng ñoà hoïa quaù trình gia coâng + Tieän ích giao tieáp + Quaûn lí döõ lieäu + Caøi ñaët heä toïa ñoä vaø heä ñôn vò + Coù khaûû naêng tính toaùn, xöû lyù soá lieäu + Buø tröø ñöôøng kính vaø chieàu daøi dao + Noäi suy hình hoïc 2.4. Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa CNC Öu ñieåm cuûa CNC + Ñoä chính xaùc vaø ñoä chính xaùc laëp laïi cao + Ñaùp öùng nhanh nhu caàu thò tröôøng, gia coâng nhieàu beà maët phöùc taïp + Naâng cao naêng suaát ñaëc bieät laø trong saûn xuaát ñôn chieác caùc chi tieât phöùc taïp + Giaûm giaù thaønh ñieàu haønh giaùn tieáp + Haï giaù thaønh saûn xuaát + Thuaän lôïi cho vieäc töï ñoäng hoaù quaù trình saûn xuaát Nhöôïc ñieåm cuûa CNC. + Chi phí ñaàu tö ban ñaàu cao. + Chi phí laäp trình vaø maùy tính keøm theo. + Chi phí baûo trì cao vaø caàn phaûi coù thôï baûo trì chuyeân nghieäp. 2.5. Caùc loaïi maùy CNC Ngaøy nay, nhieàu loaïi maùy CNC ñaõ ñöôïc ngieân cöùu vaø öùng duïng roäng raõi trong cheá taïo cô khí nhö: Maùy phay CNC Maùy tieän CNC Maùy gia coâng tia löûa ñieän CNC duøng ñieän cöïc nhuùng Maùy gia coâng tia löûa ñieän CNC duøng daây caét Maùy khoan CNC Maùy maøi CNC Maùy gia coâng duøng tia laser CNC Maùy gia coâng tia nöôùc CNC Maùy haøn CNC Maùy ño toïa ñoä CNC (CMM: Coordinate Measuring Machine)… Hình 2.2. Maùy Phay CNC ñöùng (CNC Vertical Milling Machine) Hình 2.3. Trung taâm phay ñöùng CNC (CNC Vertical milling center ) Hình 2.4. Trung taâm phay CNC ngang (CNC Horizontal machining center ) Hình 2.5: Maùy khoan ngang CNC (horizontal Drilling CNC) Hình 2.6. Maùy tieän CNC Hình 2.7. Maùy tieän CNC hai ñaàu dao (CNC Dual turret turning center ) Hình 2.9. Maùy ño toaï ñoä CNC ( CNC Coordinate Measuring machine) Hình 2.10. Maùy gia coâng tia löûa ñieän EDM Wire Cut. 2.6. Moät soá boä phaän cô baûn cuûa maùy CNC 2.6.1/ Heä thoáng ñieàu khieån truyeàn ñoäng CNC (CNC drive systems) Heä thoáng ñieàu khieån CNC bao goàm maïch ñieàu khieån toác ñoä (velocity loop) ôû trong heä thoáng ñoäng cô truyeàn ñoäng vaø maïch ñieàu khieån vò trí(position loop control) ôû beân ngoaøi heä thoáng ñoäng cô truyeàn ñoäng. Heä thoáng ñieàu khieån CNC coù theå laø heä thoáng ñieàu khieån hôû (open loop) hoaëc heä thoáng ñieàu khieån kín (closed loop). Söï khaùc nhau cô baûn laø heä thoáng ñieàu khieån kín coù phaûn hoài nhaèm ñaûm baûo ñoä chính xaùc yeâu caàu. a. Heä ñieàu khieån hôû (Open Loop System ) hình 2.11. Heä thoáng ñieàu khieån hôû khoâng coù maïch phaûn hoài, boä ñieàu khieån maùy xem nhö söï di chuyeån baøn maùy ñuùng nhö mong muoán. Heä ñieàu khieån hôû raát nhaïy caûm vôùi söï thay ñoåi cuûa taûi troïng. Caùc sai soá vò trí vaø toác ñoä coù theå xaûy ra khi caét vôùi löïc caét lôùn. Tuy nhieân heä ñieàu khieån hôû coù öu ñieåm laø ñôn giaûn, reû tieàn. Do vaäy, heä ñieàu khieån hôû chæ neân duøng trong di chuyeån Ñieåm-> Ñieåm (PTP) hoaëc trong caùc maùy coâng suaát caét nhoû.   Hình 2.11. Heä ñieàu khieån hôû (Open loop System) b. Heä ñieàu khieån kín (Closed Loop System ) Vôùi heä ñieàu khieån kín, maïch phaûn hoài ñöôïc söû duïng ñeå theo doõi ñaùp öùng thöïc cuûa ñaïi löôïng ñieàu khieån vaø ñöa ra tín hieäu söûa ñoåi khi coù söï sai leäch giöõa giaù trò mong muoán vaø gía trò thöïc. Heä thoáng phaûn hoài coù theå laø heä töông töï (analog) hoaëc soá (digital). Analog systems: ño söï bieán ñoåi cuûa tín hieäu ñieàu khieån (vò trí, vaän toác) döôùi daïng tín hieäu hieäu ñieän theá. Ñieån hình laø duøng maùy phaùt toác (Tachometers) ñeå ño vaän toác vaø resolvers ñeå ño vò trí. Hình.2.12. Maïch ñieàu khieån kín tuaàn töï (Analog type closed loop CNC drive system) Digital feedback systems: Duøng boä xaùc ñònh vò trí soá (digital position transducers ) trong maïch phaûn hoài. Boä maõ hoaù (Encoders) ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát. Coøn maïch phaûn hoài toác ñoä vaãn gioáng nhö heä phaûn hoài töông töï. Hình 2.13 Hình 2.13. Maïch ñieàu khieån CNC kín soá (Digital type closed loop CNC drive system) Ngaøy nay ña soá heä ñieàu khieån maùy CNC ñeàu laø heä kín, Sô ñoà ñieàu khieån maùy CNC kín toång quaùt ñöôïc moâ taû nhö hình 2.14. Tín hieäu phaûn hoài toác ñoä t Tín hieäu phaûn hoài vò trí Cöôønd ñoä, hieäu ñieän theá ñeå ñieàu chænh toác ñoä Tín hieäu ñieàu chænh vò trí Heä thoáng ñieàu khieån truïc Ñai oác bi Vít me bi Ñoäng cô truyeàn ñoäng Maùy phaùt toác Hình 2.14 . Sô ñoà ñieàu khieån CNC 2.6.2/ Truyeàn ñoäng vít me ñai oác bi (recirculating Ball Screw). Trong maùy CNC, heä thoáng truyeàn ñoäng ñöôïc söï duïng laø vitme ñai oác bi (hình2.15). Ñeå thaáy roõ öu nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng vitme ñai oác bi so vôùi caùc heä thoáng truyeàn ñoäng khaùc ta xem baûng 2.1 Hình 2.15 . Truyeàn ñoäng vítme – Ñai oác bi Baûng 2.1 : Öu ñieåm cuûa truyeàn ñoäng vít me ñai oác bi. Vít me ñai oác bi Vít me thöôøng Thuûy löïc Xích, ñai Braêng & thanhraêng Cam Khí neùn Gía thaønh reû X X X X X Kha nang coâng suaát nhoû X x X X Chi phí baûo trì thaáp X Ñoä chính xaùc cao X X Ñoä tinh caäy cao X Hieäu quûa cao X Khaû naêng truyeàn taûi lôùn X X X Keát caáu goïn X x x 2.6.3/ Ñoäng cô böôùc (Stepper Motor) Hình 2.16 moâ taû sô ñoà nguyeân lyù duøng ñoäng cô böôùc cung caáp ñieàu khieån soá khoâng phaûn hoài veà vò trí cuûa baøn maùy khi gia coâng treân maùy CNC. Boä ñieàu khieån nhaän tín hieäu veà chieàu quay vaø tính hieäu xung ñieän ñeå ñieàu khieån goùc quay cuûa ñoäng cô. Öùng vôùi moãi tính hieäu xung ñieän, boä ñieàu khieån seõ ñöa ra tính hieäu cöôøng ñoä hoaëc hieäu ñieän theá ñeå laøm cho ñoäng cô quay moät goùc nhaát ñònh naøo ñoù (one step). Truïc vít me ñai oác bi seõ bieán chuyeån ñoäng quay thaønh chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa caùc truïc. Hình 2.16. Duøng ñoäng cô böôùc ñeå truyeàn ñoäng trong maùy CNC Veà cô baûn ñoäng cô böôùc ñöôïc chia laøm 3 loaïi sau: ñoäng cô böôùc töø trôû thay ñoåi (Variable-reluctance), Ñoäng cô böôùc nam chaâm vónh cöûu (Permanent-magnet ) vaø ñoäng cô böôùc keát hôïp (hybrid stepper motor). ÑC böôùc töø trôû thay ñoåi (b) ÑC böôùc nam chaâm vónh cöûu (c) ÑC böôùc hybrid Hình 2.17 Ñoäng cô böôùc töø trôû thay ñoåi ra ñôøi sôùm nhaát, tuy nhieân ngaøy nay khoâng ñöôïc söû duïng roäng raõi vì ñoä phaân giaûi vaø coâng suaát khoâng cao. Ñeå naâng cao coâng xuaát ta coù theå duøng ñoäng cô böôùc nam chaâm vónh cöûu. Tuy vaäy, loaïi ñoäng cô naøy ñoä phaân giaûi cuõng khoâng cao (48-24 böôùc/voøng). Ñoäng cô böôùc ñöôïc duøng roäng raûi nhaát trong coâng nghieäp hieän nay la Hybrid stepping motor. Ñoäng cô böôùc hybrid coù Roto töø trôû thay ñoåi vôùi nam chaâm vónh cöûu gaén trong caùc raõnh töø cuûa noù. Töø hybrid muoán chæ ñeán söï keát hôïp cuûa 2 nguoàn töø tröôøng: tröø tröôøng töø caùc cuoän daây Stato vaø töø tröôøng cuûa nam chaâm vónh cöûu. Hybrid Stepping Motor thöôøng ñöôïc duøng khi yeâu caàu caùc böôùc quay goùc nhoû. Ñoäng cô böôùc vôùi böôùc goùc 1.8 ñoä (200 böôùc/voøng) laø ñoäng cô tieâu chuaån ñöôïc duøng nhieàu nhaát trong coâng nghieäp töï ñoäng hoùa. Ñieàu khieån ñoäng cô böôùc coù theå duøng ñieàu khieån ñaày böôùc (full step) hoaïêc khoâng ñaày böôùc (micro step). Ñieàu khieån ñaày böôùc. Baèng vieäc ñieàu khieån cöôøng ñoä doøng ñieän cung caáp laàn löôït cho töøng cuoän daây treân Stato cuûa ñoäng cô böôùc ta seõ coù ñöôïc caùc vò trí chính xaùc töông öùng cuûa Roto (nam chaâm). Toác ñoä quay cuûa ñoäng cô böôùc phuï thuoäc vaøo taàn soá xung ñieän cung caáp cho caùc cuoän daây. Trong tröôøng hôïp naøy, ñoä phaân giaûi vò trí cuûa truïc vít daãn ñoäng ñöôïc tính nhö sau. Vôùi: l (lead): böôùc ren (mm/voøng hoaëc inch/voøng) Ñieàu khieån khoâng ñaày böôùc(vi böôùc). Baèng vieäc ñieàu khieån cung caáp cöôøng ñoä doøng ñieän ñoàng thôøi cho caùc cuoän daây stato ta coù theå ñònh vò trí cuûa Roto ôû caùc vò trí trung gian giuûa caùc cuoän daây töông öùng, phöông phaùp ñieàu khieån ñoäng cô böôùc theo caùch naøy ñöôïc goïi laø ñieàu khieån vi böôùc. Ñieàu khieån vi böôùc thöôøng ñöôïc söû duïng khi yeâu caàu ñoä phaân giaûi cao hôn, do vaäy ñoä chính xaùc cao hôn. Tuy nhieân vieäc ñieàu khieån phöùc taïp hôn. Caùc vi böôùc thöôøng ñöôïc söû duïng laø 1/10, 1/16, 1/32, 1/125. Trong tröôøng hôïp ñieàu khieån vi böôùc ñoä phaân giaûi ñöôïc tính nhö sau. ; m: soá vi böôùc trong moät ñaày böôùc Löu yù: ÔÛ ñaây chæ neâu leân nhöõng khaùi nieäm chung nhaát veà ñoäng cô böôùc, vieäc nghieân cöùu kyõ caáu caïo, caùch ñieàu khieån caùc loaïi ñoäng cô naøy noùi chung khaù phöùc taïp vaø seõ ñöôïc hoïc trong caùc moân hoïc khaùc. Moät soá öu ñieåm cuûa ñoäng cô böôùc laø. Giaù thaønh reû (Low cost ) Coù theå ñieàu khieån maïch hôû (Can work in an open loop , no feedback required) Duy trì moâ men raát toát (khoâng caàn thaéng, bieán toác) Moâ men xoaén cao ôû toác ñoä thaáp Chi phí baûo döôõng thaáp (khoâng coù choåi queùt) (Low maintenance , brushless) Ñònh vò chính xaùc Khoâng phaûi ñieàu chænh caùc thoâng soá ñieàu khieån Nhöôïc ñieåm. · Ñoäng cô laøm vieäc khoâng ñeàu, ñaëc bieät laø ôû toác ñoä thaáp (ñieàu khieån ñaày böôùc) · Tieäu thuï doøng dieän khoâng phuï thuoäc vaøo taûi · kích côû haïn cheá · laøm vieäc vieäc oàn · Moâ men giaûm theo toác ñoä · khoâng coù phaûn hoài neân coù theå xaûy ra caùc sai soá. 2.6.4/ Ñoäng cô Servo. Söï khaùc nhau cô baûn nhaát cuûa ñoäng cô servo so vôùi ñoäng cô böôùc laø ñoäng cô servo coù maïch ñieàu khieån kín (close loop control).Nhö vaäy trong ñoäng cô servo caàn phaûi coù heä thoáng phaûn hoài ñeå nhaän bieát caùc thoâng soá veà vò trí, toác ñoä mong muoán. Coù nhieàu phöông phaùp ñieàu khieån voøng kín trong ñoù phöông phaùp duøng boä ñieàu khieån PID laø ñöôïc söû duïng roäng raûi nhaát. Öu ñieåm cô baûn cuûa ñoäng cô servo so vôùi ñoäng cô böôùc laø. Moâ men treân truïc ñeàu hôn (High intermittent torque ) Toác ñoä cao hôn (High speeds ) Maïch ñieàu khieån toác ñoä chính xaùc vaø ñeàu hôn (Work well for velocity control) Coù nhieàu kích côû hôn (Available in all sizes ) Laøm vieäc eâm hôn (Quiet) Ñoä chính xaùc cao hôn Nhöôïc ñieåm cô baûn cuûa ñoäng cô servo so vôùi ñoäng cô böôùc laø. · Ñaét tieàn hôn · Khoâng laøm vieäc toát ôû cheá ñoä maïch ñieàu khieån hôû, yeâu caàu phaûi coù heä thoáng phaûn hoài · Yeâu caàu phaûi ñieàu chænh caùc thoâng soá voøng ñieàu khieån. · Baûo döôõng toán keùm hôn, ñaëc bieät laø ñoäng cô DC servo Hieän naøy ñaõ coù ñoäng cô DC servo vaø AC servo. Ñoäng cô DC servo ra ñôøi tröôùc vaø ñaõ ñöôïc söû duïng raát roäng raõi. Nhöng sau raøy vôùi khaû naêng cuûa vieäc söû duïng caùc Transistor vôùi cöôøng ñoä laøm vieäc lôùn , caùc ñoäng cô AC servo ñaõ ñöôïc cheá taïo vaø ñöôïc söû duïng ngaøy caøng roäng raõi. Hình 2.18. Ñoäng cô servo nam chaâm vónh cöûu Hình 2.19. Hình caét cuûa ñoäng cô Servo 2.6.5/ Heä thoáng phaûn hoài Caùc loaïi cô caáu phaûn hoài Bieán trôû (potentionmeter) Ño goùc quay (resolvers) Boä maõ hoaù (Encoder) Maùy phaùt toác (Tachometers) a. Bieán trô û(chieát aùp): Coù 2 loaïi cô baûn. Bieán trôû thaúng tuyeán tính (linear) vaø bieán trôû goùc (Rotary). Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa chieát aùp ñöôïc moâ taû nhö hình 2.20. Hình 2.20-Chieát aùp Chieát aùp khaù phoå bieán vì giaù thaønh reõ, khoâng caàn caùc ñieàu khieån xöû lyù tín hieäu ñaëc bieät. Nhöng chuùng bò giôùi haïn veà ñoä chính xaùc, thöôøng khoaûng 1% vaø hao moøn cô hoïc. b. Encoder Encoder laø caûm bieán xaùc ñònh goùc xoay tín hieäu ñaàu ra laø tính hieäu soá. Theo caùch nhaän tính hieäu ta coù caùc encoder sau: quang hoïc (optical), ñieän dung (capacitive), töø (magnetic), baùn daãn. Theo nguyeân lyù xaùc ñònh vò trí ta chia ra: Encoder tuyeät ñoái vaø Encoder gia soá. Encoder tuyeät ñoái (Absolute Encoder) Encoder daïng Absolute coù ngoõ ra laø tín hieäu ñöôïc maõ hoaù nhò phaân. Beân trong Encoder bao goàm moät dóa troøn beân treân coù khaéc caùc vaïch trong suoát vaø caùc vaïch toái xen keõ theo ñöôøng troøn ñoàng taâm. Tuyø theo ñoä phaân giaûi cuûa Encoder maø soá ñöôøng troøn ñoàng taâm ñoù nhieàu hay ít. Xeùt treân moät ñöôøng vaïch troøn, moät diode phaùt quang seõ phaùt chuøm tia ñi xuyeân qua caùc vaïch trong suoát vaø bò chaën laïi ôû nhöõng vaïch toái. Beân kia maët ñóa, song song vôùi diode phaùt laø moät diode thu coù nhieäm vuï nhö moät caûm bieán, ghi nhaän caùc tín hieäu do diode phaùt ñöa tôùi. Coù bao nhieâu ñöôøng vaïch troøn thì coù baáy nhieâu diode thu tín hieäu. Caùc tín hieäu ñoïc ñöôïc töø diode thu seõ ñöôïc ñöa ra ngoaøi döôùi daïng tín hieäu ñieän. Caùc tín hieäu ñieän naøy seõ coù daïng maõ nhò phaân phaûn aûnh vò trí cuûa truïc quay Encoder. Thoâng thöôøng ñeå deã daøng trong cheá taïo ngöôøi ta maõ hoaù caùc vaïch trong suoát vaø vaïch toái theo maõ Gray vì vaäy ñeå öùng duïng ñöôïc trong caùc heä thoáng söû duïng maõ Binary thì ta phaûi coù chöông trình chuyeån ñoåi töø maõ Gray sang maõ Binary. Moät öu ñieåm nöa cuûa maõ Gray laø ôû moãi vò trí keá nhau thì chæ coù moät bit ñöôïc thay ñoåi, do ñoù sai soá ôû ngoõ ra chæ coù theå toái ña laø moät ñôn vò. Coøn ôû maõ Binary thì coù theå gaây sai soá lôùn vì khi thay ñoåi vò trí thì coù theå chæ coù moät bit coù troïng soá cao ñöôïc thay ñoåi coøn caùc bit treân haøng khaùc chöa kòp thay ñoåi. H2.24.Caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa Optical Absolute Encoder Baûng 2.2. maõ Gray Encoder loaïi Incremental: - Encoder loaïi Incremental coù ít keânh ngoõ ra hôn loaïi Absolute, vì theá caáu taïo cuûa noù ñôn giaûn hôn. Treân beà maët dóa troøn beân trong Encoder coù hai ñöôøng troøn ñoàng taâm. Moãi ñöôøng coù caùc vaïch trong suoát vaø caùc vaïch toái xen keõ nhau. Cuõng nhö loaïi Absolute Encoder, diode phaùt quang seõ phaùt tín hieäu ñi xuyeân qua vaïch trong suoát ñeán diode thu. Hai diode thu naøy seõ chuyeån ñoåi thaønh tín hieäu ñieän vaø ñöa ra ngoaøi. - Vò trí caùc vaïch trong suoát cuûa hai ñöôøng leäch nhau moät goùc vaø döïa vaøo goùc leäch pha giöõa hai tín hieäu ra laø sôùm pha hay treã pha maø ta xaùc ñònh chieàu quay laø thuaän hay nghòch. - Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa encoder nhö sau ñöôøng tính hieäu beân ngoaøi (outer track) duøng ñeå xaùc ñònh vò trí ñöôøng tính hieäu giöõa (middle track) duøng xaùc ñònh höôùng quay ñöôøng tín hieäu trong (inner track) duøng xaùc ñònh soá voøng. Boä ñeám seõ ñeám soá xung (caïnh leân hoaëc xuoáng) ñeå xaùc ñònh vò trí. Hình 2.23. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa Incremental Encoder Daïng xung ngoõ ra : B A A B Quay theo chieàu thuaän Quay theo chieàu nghòch Resover Laø thieát bò taïo ra caùc tính hieäu ñieän theo haøm soá vò trí cuûa goùc quay. Sô ñoà nguyeân lyù nhö hình 2.26. Hình 2.26. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa Resolver Stato bao goàm 2 cuoän daây, cuoän E1 vaø cuoän E2 ñaët vuoâng goùc nhau. Roâto gaén cuoän daây E3 ñöôïc caáp ñieän baèng hieäu ñieän theá bieán ñoåi hình sin va quay troøn. Tín hieäu trong cuoän daây E3 bò caûm öùng bôûi tín hieäu trong cuoän daây E1vaø E2. Khi quay cuoän E3 seõ gaây leân söï khueách ñaïi tín hieäu caûm öùng vaø bieán thieân theo haøm soá goùc quay. ÖÙng vôùi moãi vò trí seõ taïo neân moät giaù trò keát hôïp khaùc nhau giöõa hieäu ñieän theâ cuoän E1 vaø cuoän E2 nhö hình 2.27. Hình 2.27. ñieän aùp ôû cuoän E1 laø , cuoän E2 laø . Vi = hieäu ñieän theá vaøo w = vaän toác goùc t = thôøi gian g = dòch pha Ta coù theå xaùc ñònh goùc quay döïa vaøo töøng caëp giaù trò cuûa VE1 vaø VE2. ñoàng thôøi cuõng coù theå xaùc ñònh toác ñoä quay döïa vaøo taàn soá cuûa xung. Tính hieäu ra cuûa Resolver laø töông töï, ta thuôøng phaûi bieán thaønh tính hieäu soá ñeå xöû lyù. d. Boä ño vaän toác goùc (Tachometer) Boä ño toác ñoä goùc quay ño löôøng vaän toác goùc cuûa truïc quay. Ta coù theå duøng phaùt toác DC (phaùt ta hieäu ñieän theá DC theo toác ñoä quay) hoaëc phaùt toác AC(phaùt ra hieäu ñieän theá AC). Ngoaøi ra ta coøn duøng phaùt toác xung (Frequency type tachometer,Kyõ thuaät phoå bieán laø gaén nam chaâm treân truïc quay. Khi nam chaâm di chuyeån qua loõi caûm bieán coá ñònh, doøng ñieän ñöôïc sinh ra. Moãi voøng xoay cuûa truïc taïo ra moät xung ñieän aùp, xöû lyù tính hieäu xung naøy ta seõ bieát ñöôïc toác ñoä quay) . Hình 2.28 Hình 2.28 – Ño vaän toác goùc 2.7/ Chuyeån ñoäng noäi suy 2.7.1/ Phöông thöùc di chuyeån dao coù 2 phöông thöùc di chuyeån dao trong ñieàu khieån soá + Di chuyeån ñieåm tôùi ñieåm (PTP) + Di chuyeån theo bieân daïng (Contour) a. Di chuyeån ñieåm tôùi ñieåm Theo phöông thöùc naøy, dao di chuyeån theo caùc haønh trình thaúng tôùi vò trí yeâu caàu. Chuyeån ñoäng naøy ñöôïc söû duïng ñeå di chuyeån nhanh - ñònh vò. Coù 3 cheá ñoä di chuyeån PTP (hình 2.29õ): + Di chuyeån höôùng truïc ( axial path ) Dao ñöôïc di chuyeån tuaàn töï theo caùc truïc : theo phöông X, sau ñoù theo phöông Y, hoaëc ngöôïc laïi Öu ñieåm: heä ñieàu khieån ñôn giaûn, di chuyeån theo caùc truïc ñoäc laäp + Di chuyeån theo phöông xieân 450: Dao di chuyeån theo phöông xieân 450 cho ñeán khi ñaït ñöôïc moät trong hai thaønh phaàn toïa ñoä ( X hoaëc Y), sau ñoù di chuyeån theo moät truïc ñeå ñaït ñöôïc vò trí yeâu caàu + Di chuyeån tröïc tieáp(linear path): Dao di chuyeån theo haønh trình ngaén nhaát tôùi ñieåm ñích. Hình 2.29. Caùc phöông phaùp di chuyeån PTP b. Di chuyeån theo bieân daïng (contour) Dao di chuyeån theo bieân daïng yeâu caàu ñeå thöïc hieän quy trình gia coâng. Bieân daïng (contour) bao goàm chuoãi caùc ñöôøng cong(curve), tuøy thuoäc vaøo hình daïng cuûa caùc ñöôøng cong trong khoâng gian ta coù theå phaân ra ñöôøng cong 2D, 2.1/2D, 3D, 4D, 5D…Hình 2.30->2.33 Chæ taïo ra caùc ñöôøng cong trong maët phaúng xy, truïc z ñöôïc ñieàu khieån ñoäc laäp vôùi xy Hình 2.30. Heä thoáng taïo bieân daïng 2D Coù theå ñieàu khieån ñoàng thôøi theo hai truïc baát kyø ñeå taïo neân caùc ñöôøng cong trong maët xy, yz, zx, phöông coøn laïi thöôøng laø phöông tieán dao Hình 2.31. Heä thoáng taïo bieân daïng 2.1/2 D Coù theå ñieàu khieån ñoàng thôøi theo 3truïc ñeå taïo neân caùc ñöôøng cong trong khoâng gian. Thöôøng duøng ñeå gia coâng caùc beà maët phöùc taïp Hình 2.32. Heä thoáng taïo bieân daïng 3 D Ngoaøi 3 truïc ñieàu khieån x, y,z coøn theâm vaøo truïc ñieàu khieån goùc quay cuûa baøn maùy Hình.2.33. Heä thoáng taïo bieân daïng 4 D Caùc loaïi ñöôøng cong thöôøng gaëp trong chuyeån ñoäng gia coâng CNC laø: Ñöôøng baäc 1 (linear) : ñöôøng thaúng Ñöôøng baäc 2 (conic) : cung troøn, elip, parabol, hyperbol Ñöôøng baäc 3 (cubic) Caùc ñöôøng baäc cao hôn . Thöïc hieän: Caùc ñöôøng cong baäc cao ñöôïc xaáp xæ bôûi chuoãi phaàn töû hình hoïc cô baûn bôûi 3 nhoùm treân. # Trong ñieàu khieån soá, caùc di chuyeån cô baûn naøy ñöôïc goïi laø chuyeån ñoäng noäi suy. 2.7.2/ Chuyeån ñoäng noäi suy + Ñieàu khieån soá söû duïng 5 cheá ñoä noäi suy: - Noäi suy ñöôøng thaúng, noäi suy cung troøn, noäi suy ñöôøng xoaén, noäi suy parabol, noäi suy baäc 3 + Boä noäi suy: Laø thieát bò ñieän töû ( ñoái vôùi heä NC), laø phaàn meàm ( ñoái vôùi heä CNC) coù caùc nhieäm vuï : - Tìm ra vò trí trung gian cho pheùp hình thaønh moät bieân daïng cho tröôùc trong moät giôùi haïn dung sai xaùc ñònh tröôùc - Noäi suy moät caùch thích hôïp caùc yeáu toá bieân daïng ñoøi hoûi. - Toác ñoä ñöa ra vò trí trung gian phaûi phuø hôïp vôùi toác ñoä chaïy dao cho tröôùc. - Ñi tôùi moät caùch chính xaùc caùc ñieåm keát thuùc chöông trình ñaõ ñöa ra tröôùc trong chöông trình. Heä thoáng CNC thöïc hieän noäi suy ôû hai möùc: - Noäi suy thoâ: xaùc ñònh toïa ñoä caùc ñieåm ñaàu vaø ñieåm cuoái cuûa ñoaïn bieân daïng. - Noäi suy tinh: thöïc hieän tieáp noäi suy tuyeán tính giöõa caùc ñieåm trung gian naøy Trong haàu heát caùc maùy CNC thoâng thöôøng chæ söû duïng noäi suy ñöôøng thaúng vaø noäi suy voøng troøn caùc daïng noäi suy khaùc nhö parabol, hyperbol hay baäc cao hôn khoâng thöïc hieän vì chuùng haàu nhö khoâng coù trong ñoøi hoûi thöïc teá. Vôùi noäi suy thaúng vaø noäi suy voøng, coù theå thöïc hieän ñöôïc nhöõng khaû naêng sau: Noäi suy thaúng theo 2 trong n truïc Noäi suy thaúng theo n trong n truïc Noäi suy voøng theo 2 trong n truïc Noäi suy voøng theo 2 trong n truïc ñoàng thôøi vôùi noäi suy thaúng theo truïc vuoâng goùc ( noäi suy ñöôøng xoaén oác) 2.7.3/ Phöông phaùp noäi suy: Ñeå xaùc ñònh giaù trò caàn veà vò trí treân caùc truïc rieâng leû, ngöôøi ta öùng duïng caùc phöông phaùp noäi suy khaùc nhau. Neáu phaân loaïi theo thuaät toaùn söû duïng, ta coù theå phaân boá noäi suy theo 2 nhoùm: - Nhoùm 1: caùc thieát bò laøm vieäc theo nguyeân taéc haøm ñaùnh giaù vaø boä phaân tích vi phaân soá - Nhoùm 2: caùc thieát bò laøm vieäc theo nguyeân taéc tích phaân soá Neáu phaân loaïi theo phöông phaùp thöïc hieän, coù 2 loaïi: - Söû duïng maïch cöùng - Söû duïng chöông trình a. Phöông phaùp noäi suy ñöôøng thaúng (linear interpolation) + Khaùi nieäm: Dao ñöôïc di chuyeån töø ñieåm ñaàu tôùi ñieåm cuoái haønh trình theo chuoãi ñoaïn thaúng. H.2.34 + Thöïc hieän: Noäi suy ñöôøng thaúng theo 2 hay 3 truïc raát thoâng duïng + Caùc thoâng soá yeâu caàu: Toïa ñoä ñieåm ñaàu, toïa ñoä ñieåm cuoái Toác ñoä di chuyeån treân moãi truïc + Khaû naêng: Veà lí thuyeát, noäi suy ñöôøng thaúng coù theå laäp trình quyõ ñaïo cong baát kì, nhöng löôïng döõ lieäu caàn xöû lí raát lôùn. Söû duïng noäi suy cung troøn, parabol, ñöôøng xoaén laøm giaûm ñaùng keå löôïng döõ lieäu caàn laäp trình. Hình 2.34. Noäi suy ñöôøng thaúng Ví duï: Noäi suy töø ñieåm A ñeán ñieåm E Söû duïng phöông phaùp “ Phaân tích vi phaân soá” DDA ( Digital Differenttial Analyse) Xeùt moät dao caàn chuyeån ñoäng töø: PA (ñieåm khôûi xuaát) ñeán PE (ñieåm keát thuùc) theo moät ñöôøng thaúng vôùi moät toác ñoä chaïy dao u xaùc ñònh. (hình veõ) Goïi L: ñoaïn ñöôøng töø PA ñeán PE. Vaäy trong thôøi gian T = L/u caùc ñoaïn ñöôøng thaønh phaàn (xE-xA) vaø (yE-yA) phaûi ñöôïc thöïc hieän. Toïa ñoä vò trí caùc ñieåm trung gian ñöôïc tính theo haøm thôøi gian: Chia thôøi gian T thaønh caùc khoaûng Dt= T/N ñuû nhoû, pheùp tích phaân cho pheùp thay bôûi pheùp coäng soá: Vôùi moãi böôùc coäng, giaù trò veà vò trí laïi taêng theâm moät böôùc baèng haèng soá. Ñeå ñaûm baûo ñoä chính xaùc cuûa bieân daïng noäi suy, caùc böôùc coäng phaûi nhoû hôn suaát ñôn vò Df cuûa truyeàn ñoäng chaïy dao. Thoâng thöôøng Df = 0,001 mm. b. Noäi suy cung troøn + Khaùi nieäm: Dao ñöôïc di chuyeån töø ñieåm ñaàu tôùi ñieåm cuoái haønh trình theo moät cung troøn bôûi moät caâu leänh (block) ñôn giaûn, thay theá cho raát nhieàu caâu leänh noäi suy ñöôøng thaúng. Hình 2,35 + Thöïc hieän: Noäi suy ñöôøng troøn theo 2 truïc + Caùc thoâng soá yeâu caàu: Toïa ñoä ñieåm ñaàu, toïa ñoä ñieåm cuoái, taâm hoaëc baùn kính cung troøn. Toác ñoä di chuyeån treân moãi truïc + Khaû naêng: Noäi suy cung troøn hay toaøn boä ñöôøng troøn. + Phöông phaùp thöïc hieän: Phöông phaùp noäi suy DDA cuõng ñöôïc öùng duïng trong noäi suy cung troøn. Hình 2.35. Noäi suy cung troøn Noäi suy voøng PA: ñieåm khôûi xuaát PE: ñieåm ñích P: ñieåm thuoäc ñöôøng cong T: tg töø PA ñeán PE t: tg töø PA ñeán P vduï: Noäi suy cung troøn töø PA ñeán PE: Töø hình veõ: Muoán chaïy caét theo ñöôøng cong, nhöõng ñieåm trung gian treân bieân daïng phaûi ñöôïc xaùc ñònh töø boä noäi suy trong moái quan heä phuï thuoäc vaøo thôøi gian chaïy caét. Theo ñoù: x = Rcosj y = Rsinj vôùi j = 2p t/T; T: thôøi gian chaïy heát toaøn voøng thì: Laáy tích phaân theo thôøi gian, ta coù toác ñoä thaønh phaàn treân töøng truïc rieâng leû: => dx = -(2p / T)y(t)dt; dy = -(2p / T)x(t)dt; Vôùi ñoä chính xaùc ñuû duøng, pheùp tích phaân treân coù theå thay theá bôûi pheùp coäng caùc gia soá ñöôøng dòch chuyeån. Do ñoù: c. Noäi suy xoaén oác (Helical Interpolation). Laø phöông phaùp noäi suy keát hôïp giöõa noäi suy keát hôïp giöõa noäi suy cung troøn theo hai truïc vaø noäi suy tuyeán tính theo truïc thöù 3. (hình 2.36) Hình 2.36. Noäi suy xoaén oác d. Noäi suy parabol (Parabolic Interpolation) Duûng ñieåm khoâng thaúng haøng ñeå xaáp xæ ñöôøng cong coù bieân daïng töï do. Laïoi noäi suy naøy thöôøng duøng trong taïo khuoân maãu khi maø caùc ñöôøng cong bieân daïng töï do(free shape) ñöôïc yeâu caàu thay vì laø caùc ñöôøng cong coù bieân daïng chính xaùc. Ta coù theå duøng noäi suy Parabol ñeå taïo caùc ñöôøng cong baäc cao. So vôùi noäi suy ñöôøng thaúng, noäi suy parabol giaûm khoaûng 50 laàn soá caùc ñieåm caàn löu tröõ. Hình 2.37 PL PH Pv PF(Focus) A Hình 2.37. Noäi suy Parabol uL= yL/2A, uH= yH/2A u = (uH/N -> uL/N n = 1 : N Ta coù: x = xv+ Au2 ; y = yv + 2Au => Xn+1= xn + (yn – yv)Au + (ADu) Yn+1 = yn+ 2ADu e. Noäi suy baäc 3 (Cubic) Laø phöông phaùp xaáp xæ bieân daïng baèng ñöôøng cong baäc 3. phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc duøng taïo caùc beà maët raát phöùc taïp nhö khuoân voõ xe hôi, maùy bay…

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docCNC - Thầy Ngô Quốc Hùng - MÁY ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH SỐ.doc
Tài liệu liên quan