Tài liệu Nghiên cứu nâng cao chất lượng truyền động bàn máy gia công tia lửa điện cnc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP .. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC NGUYỄN THỊ MAI THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: Học viên: NGUYỄN THỊ MAI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC Học viên: Nguyễn Thị Mai Lớp: TĐH – K11 Chuyên ngành: Tự động hóa Người HD khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp Ngày giao đề tài: 01/01/2010 Này hoàn thành: 30/07/2010 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VÕ QUANG LẠP DUYỆT BGH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên HỌC VIÊN NGUYỄN THỊ MAI KHOA SAU ĐẠI HỌC http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Mai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bì a Lời cam đoan Mục lục Danh mục hì nh vẽ và đồ thị Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt Mở đầu CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC 1.1. Lý thuyết gia công tia lửa điện CNC 1 1.1.1. Lịch sử phát triển của máy gia công tia lửa điện CNC 1 1.1.2. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện 2 1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá 3 1.2. Giới thiệu tổng quan máy EDM 4 1.2.1. Giới thiệu sơ đồ 4 1.2.2. Các khâu quan trọng trong sơ đồ 5 1.3. Hệ thống đo lường trong máy EDM 14 1.3.1. Cảm biến vị trí, tốc độ 14 1.3.2. Các phương pháp đo vị trí 19 1.3.3. Hệ điều khiển các chuyển động 26 CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG BÀN 2.1. Các yêu cầu của truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC 31 2.1.1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ 31 2.1.2. Độ trơn điều chỉnh tốc độ 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.3.Độ ổn định tốc độ 32 2.1.4. Đặc tính phụ tải 32 2.1.5. Độ chính xác vị trí 33 2.2. Các hệ truyền động bàn trong máy gia công tia lửa điện CNC 34 2.2.1. Truyền động thuỷ lực 34 2.2.2. Hệ truyền động dùng động cơ bước 37 2.2.3. Hệ truyền động dùng động cơ tuyến tính 40 2.2.4. Hệ truyền động dùng động cơ AC servo(AC servo motor) 41 2.2.5. Hệ truyền động dùng động cơ servo một chiều(DC servo motor) 42 2.2.6. Hệ truyền động Thyristor - động cơ (T- Đ) 44 2.2.7. Hệ truyền động xung điện áp động cơ điện một chiều 45 CHƢƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÀN 3.1. Sơ đồ khối 54 3.1.1. Giới thiệu sơ đồ 54 3.1.2. Thiết kế mạch tạo xung điều khiển đảo chiều 57 3.2. Tổng hợp hệ thống 62 3.2.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 62 3.2.2. Hàm số truyền các khâu trong sơ đồ 63 3.2.3. Tổng hợp hệ điều khiển 65 3.3. Mô phỏng hệ truyền động bàn máy EDM khi sử dụng bộ điều khiển PD 71 3.3.1. Tính toán các thông số hệ truyền động 71 3.3.2. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bàn máy gia công tia lửa điện sử 71 dụng bộ điều khiển PD CHƢƠNG 4 NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC 4.1. Tính phi tuyến của bộ điều khiển vị trí Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.2. Ứng dụng bộ điều khiển mờ trong mạch vòng vị trí 76 4.2.1. Đặt vấn đề 76 4.2.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh mờ PD 4.2.3. Sơ đồ mô phỏng 77 4.3 Mô phỏng hệ thống 4.3.1. Mô phỏng hệ thống truyền động với tín hiệu đặt là hàm step 1(t) 83 4.3.2. Mô phỏng hệ thống truyền động với tín hiệu đặt là hàm hình sin 85 4.3.3. Nhận xét, so sánh kết quả mô phỏng Kết luận và kiến nghị 86 82 83 88 Tài liệu tham khảo Phụ lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT NC Numberical Control CNC Computer Numberical Control CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing AC Altemating Current DC Direct Current EDM Electrocdischarge machining MCU Machine Control Unit CPU DAC PM Central processing Unit Digital Analog Convert Permanent Motor VR Variable – Reluctance steper motor PWM Pulse Width Modulation PID Proportional Intergal Derivative Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Sự phát triển của khoa học công nghệ đã đem đến những tăng trưởng bền vững cho các nước công nghiệp, đặc biệt nhờ giá trị gia tăng của “ chất xám’’ được áp dụng vào các sản phẩm công nghệ cao. Các sản phẩm này có mặt trong hầu hết các ngành kinh tế quốc dân như sinh học, y học, hàng không vũ trụ, công nghiệp… Nước ta đang trong quá trình CNH – HĐH và hội nhập kinh tế quốc tế nên các sản phẩm này phải chịu áp lực cạnh tranh rất lớn với các sản phẩm của các nước công nghiệp phát triển với đặc điểm mẫu mã đẹp, chất lượng tốt, giá thành hạ. Ngày nay trong sản xuất và đời sống xuất hiện ngày càng nhiều các sản phẩm hoặc chi tiết có hình dáng phức tạp hoặc được làm từ các vật liệu cứng rất khó gia công cắt gọt. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển các phương pháp công nghệ mới, trong đó có gia công tia lửa điện. Phương pháp này còn gọi là gia công EDM ( Electrical Discharge Machining ). Máy gia công tia lửa điện là một máy gia công mới xuất hiện nhiều ở nước ta, tuy nhiên việc đào tạo về công nghệ này chưa được quan tâm ở các trường Đại học kỹ thuật và các Viện nghiên cứu. Trong việc tự động hoá các dây chuyền sản xuất, điều chỉnh tự động truyền động điện giữ vai trò vị trí rất quan trọng đặc biệt là đòi hỏi các máy sản xuất phải lớn, tính năng làm việc cao. Trong máy gia công tia lửa điện CNC phần công nghệ và hệ truyền động cần được nghiên cứu, khảo sát và hoàn thiện dần, một phần là để phục vụ công tác nghiên cứu, một phần là để ứng dụng vào trong sản xuất. Vì vậy việc nghiên cứu hệ truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC là rất cần thiết. Trong các nhà máy xí nghiệp công nghiệp ở nước ta hiện nay máy công cụ điều khiển số CNC ngày càng được sử dụng rộng rãi . Việc phát huy hiệu quả sử dụng, bảo dưỡng vận hành máy là vấ n đề đặc biệt quan tâm của chúng ta . Muốn phát huy được hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như việc cải tiến nó cho phù hợp với điều kiện môi trường và con người Việt Nam đòi hỏi phải có sự hiểu biết sâu sắc về má y công cụ CNC trong đó có máy gia công tia lửa điện CNC . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Việc “ Nghiên cứu, nâng cao chất lƣợng truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC” có một ý nghĩ a rất lớn trong ngành tự động hóa . Đó chính là nội dung đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của tôi. Luận văn này được chia thành 4 chương sau: Chương 1 - Tổng quan về máy gia công tia lửa điện CNC. Chương 2 - Phân tích và chọn phương án truyền động bàn. Chương 3 - Phân tích và tổng hợp hệ truyền động bàn. Chương 4 - Nâng cao chất lượng hệ thống truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS .TS Võ Quang Lạp đã hướng dẫn tận tì nh, chỉ bảo cặn kẽ để tôi hoàn thành luận văn này . Xin gửi lời cảm ơn tới các th ầy các cô Khoa sau đại học , Khoa điện và Khoa điện tử viễn thông Trường ĐHKT Công nghiệp Thái Nguyên. Thái nguyên Ngày 30 tháng 07 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Mai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 1- CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC ( Electrical Discharge Machining – EDM) 1.1. Lý thuyết gia công tia lửa điện CNC 1.1.1. Lịch sử phát triển của máy gia công tia lửa điện CNC Trong nửa thế kỷ qua, nhu cầu về các vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng sử dụng cho tuabin máy bay, dụng cụ khuôn mẫu.....tăng lên không ngừng ở các nước phát triển. Việc gia công các vật liệu đó bằng công nghệ cắt gọt thông thường (Tiện, Phay, Mài...) là vô cùng khó, đôi khi không thể thực hiện được. Cách đây gần 200 năm, nhà nghiên cứu tự nhiên người anh Jo Seph Príetley (1733- 1809), trong các thí nghiệm của mình đã nhận thấy có một hiệu quả ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện. Nhưng mãi đến năm 1943, thông qua hàng loạt các nghiên cứu về tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai vợ chồng Lazarenko người nga mới tìm ra công nghệ gia công tia lửa điện. Họ bắt đầu sử dụng tia lửa điện để làm một quá trình hớt kim loại mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đó. Các máy đầu tiên của thời kỳ những năm 50 – 60 của thế kỷ 20 ít tự động hoá và không tiện dùng lắm. Ngày nay với các thuật toán điều khiển mới, với các hệ thống điều khiển CNC cho phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao mà không cần đến sự tham ra trực tiếp của con người. Các máy gia công tia lửa điện ngày nay được đặc trưng bởi các mức độ tự động hoá cao. Các hệ thống điều khiển CNC trên thị trường đã có tiến bộ rất nhiều đặc biệt là máy cắt dây. Các hệ điều khiển CNC trong nhiều năm qua đã có mặt ở các máy xung định hình, nhưng đã mất rất nhiều thời gian để có thể tận dụng được mọi khả năng của chúng. Các chuyển động hành tinh và chuyển động theo côngtua của một điện cực có hình dáng đơn giản cho phép gia công xung định hình các hình dáng đơn giản và các hình dáng phức tạp. Ưu điểm của phương pháp này là ở chỗ việc chế tạo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 2- điện cực sẽ rẻ hơn và nếu sử dụng được điện cực quay thì điều kiện dòng chảy sẽ tốt hơn và điện cực ăn mòn sẽ tốt hơn. 1.1.2. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện Khi các tia lửa điện được phát ra, vật liệu mặt bôi trơn sẽ hớt đi bởi một quá trình điện - nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại, nó thay cho tác động kim loại của dụng cụ vào phôi. Quá trình hớt kim loại bằng điện nhiệt bởi sự phóng điện được gọi là “Gia công tia lửa điện “ ( Nguyên gốc tiếng anh là “ Electrical Discharge Machining.”, gọi tắt là gia công EDM). Hình 1.1. Nguyên lý gia công tia lửa điện Đặt một điện áp một chiều giữa 2 tấm kim loại khác nhau, một được gọi là điện cực và một gọi là chi tiết. Điện áp này thường nằm trong khoảng 80V đến 200V. Cả 2 tấm kim loại này được nhúng ngập trong 1 dung dịch cách điện đặc biệt - gọi là dung dịch điện môi. Khi đưa 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách  đủ nhỏ thì xảy ra sự phóng tia lửa điện. Điều này có thể giải thích là do điện trường giữa khe hở đủ lớn (đạt khoảng 104 V/mm) dẫn đến việc iôn hoá dung dịch điện môi và nó trở thành dẫn điện. Khi năng lượng tập trung đủ lớn, một dòng điện hình thành do sự chuyển dịch của các ion và điện tử trong dung dịch điện môi - gọi là kênh dẫn điện - kèm theo sự xuất hiện của tia lửa điện do hiện tượng ion hoá mãnh liệt dung dịch điện môi. Nhiệt độ ở vùng này lên đến khoảng 100000 C làm bốc hơi vật liệu các điện cực. Nguồn điện được ngắt đột ngột làm cho tia lửa điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 3- biến mất. Dung dịch lạnh từ ngoài tràn vào kênh dẫn điện do sự chênh lệch áp suất tạo ra tiếng nổ nhỏ và làm hoá rắn hơi vật liệu thành các hạt ô-xít kim loại. Sau đó, nguồn điện được cung cấp lại và tia lửa điện lại xuất hiện. Có thể thấy những điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện là nguồn cung cấp, vật liệu của các điện cực, dung dịch điện môi và khe hở giữa các điện cực. Nguồn cung cấp điện áp dạng xung: thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian cần thiết để dung dịch điện môi có thể khôi phục lại trạng thái không dẫn điện của nó và sẵn sàng cho xung gia công tiếp theo. Nếu thời gian này không có hay nhỏ quá sẽ làm dung dịch điện môi luôn ở trạng thái dẫn điện. Điều này làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang gây hỏng bề mặt chi tiết và điện cực. Các điện cực làm bằng 2 loại vật liệu dẫn điện khác nhau và được nhúng ngập trong dung dịch điện môi: dung dịch này không dẫn điện ở trạng thái bình thường nhưng có chức năng chính là môi trường hình thành kênh dẫn điện ở điện trường cao. Giữa các điện cực luôn có 1 khe hở nhỏ được gọi là kênh phóng điện. Khe hở này cần được đảm bảo trong suốt quá trình gia công để duy trì sự ổn định của tia lửa điện. 1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá Để có thể đánh giá được quá trình gia công EDM, các nhà nghiên cứu về gia công EDM đã đưa ra một số các chỉ tiêu. Các chỉ tiêu này không những được áp dụng trong thiết kế và tính toán thông thường mà còn được các bộ điều khiển CNC dùng làm tiêu chí để điều khiển tự động quá trình gia công EDM. Các ký hiệu và ý nghĩa các thông số công nghệ được trình bày ở mục 1.1.4. 1.1.3.1. Năng suất gia công (mm3/phút hay g/phút) Năng suất gia công là lượng hớt vật liệu chi tiết trong 1 khoảng thời gian (tính bằng phút hoặc giờ). Năng suất tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và khoảng thời gian gia công có ích (thời gian giai đoạn 2). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 4- Thực tế, một đại lượng khác tương tự năng suất thường được dùng trong quá trình điều khiển là hiệu suất gia công . Hiệu suất gia công được tính theo công thức sau: t e( k ) =  (k ) k 1 (t i  t 0 ) N (1.1) N là số chu kỳ lấy mẫu. Mỗi chu kỳ gia công được tính trong khoảng thời gian (ti+to) (μs). Theo công thức trên, hiệu suất được tính cho một quá trình gia công hay một khoảng thời gian xác định. Thông thường, các hệ điều khiển hiện đại như AGIE, Charmill, Mitsubishi lấy N=1000. 1.1.3.2. Lƣợng mòn của điện cực Ve (g) Khi gia công, bên cạnh vật liệu chi tiết bị mòn thì điện cực cũng bị mòn theo. Độ mòn này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước và hình dáng của chi tiết sau khi gia công. Một đại lượng khác cũng hay được dùng là độ mòn tương đối V: V Ve 100 Vw (%) (1.2) với Vw là lượng mòn của chi tiết (g) sau khi gia công. Các phương pháp điều khiển thường có mục đích là làm giảm Ve và tăng Vw hay nói cách khác là giảm V. 1.1.3.3. Chất lƣợng chi tiết gia công Chất lượng bao gồm độ chính xác hình dạng hình học, độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt và chất lượng lớp bề mặt sau khi gia công (ứng suất dư tồn tại ở lớp bề mặt, độ dày lớp vật liệu bị hư hại, độ cứng...). Chỉ tiêu này thường được dùng nhất để giải bài toán tối ưu vì có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng các chi tiết sau khi gia công EDM. 1.2. Giới thiệu tổng quan máy EDM 1.2.1. Giới thiệu sơ đồ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 5- Hình 1.2. Sơ đồ máy xung định hình 1.2.2. Các khâu quan trọng trong sơ đồ 1.2.2.1. Máy phát xung Máy phát cung cấp điện áp và cường độ dòng điện cần thiết cho quá trình gia công tia lửa điện. Máy phát được đặt trong khoang điều khiển. Nó được nối với một máy phát xung bấm giờ, một bộ bật tắt dòng điện tử và một máy giới hạn dòng điện theo sơ đồ hình 1.3. Nguồn điện áp sẽ cung cấp điện áp ban đầu được yêu cầu cho gia công xung định hình. Một cực của nguồn điện áp được nối trực tiếp vào phôi, cực kia được nối vào điện qua một máy ngắt dòng điện và một máy hạn chế dòng. Máy phát xung bấm giờ dùng để ngắt dòng điện tử. Xung bấm giờ một đặc trưng của máy gia công tia lửa điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 6- Hình 1.3. Sơ đồ khối máy phát xung Máy giới hạn dòng điện đảm bảo rằng dòng điện được sử dụng cho gia công tia lửa điện không vượt qua các hạn được quy định trong chương trình gia công và được cung cấp bởi hệ thống điều khiển. 1.2.2.2. Các chuyển động chủ yếu a. Điện cực: Đóng vai trò là một con dao cắt gọt kim loại giống như các máy gia công khác, nhưng khác là dùng tia lửa điện. Các yêu cầu về chỉ tiêu đánh giá đã được trình bày ở phần trên. b. Chuyển động ăn dao: Có 3 chuyển động Tất cả các bàn trượt theo phương X,Y,Z của máy xung định hình CNC đều được trang bị động cơ riêng nhằm mục đích truyền chuyển động quay có điều khiển cho bộ truyền vit me – bi làm dịch chuyển bàn trượt. Chúng có thể đồng thời dịch chuyển theo lệnh điều khiển để xác định vị trí định vị trên cực hoặc để chạy dao gia công. Các chuyển động trên được điều khiển theo vị trí hay còn gọi là hệ điều khiển điểm điểm (point to point). Chức năng chính của hệ điều khiển theo vị trí là chuyển động nhanh dụng cụ từ điểm này đến điểm khác đã được định trước với độ chính xác vị trí cao. Quá trình điều khiển của hệ điều khiển vị trí tiến hành theo 4 bước: * Bước 1: Dụng cụ chuyển động nhanh đến vị trí cần gia công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 7- * Bước 2: Thực hiện gia công, thông thường dụng cụ chuyển động theo trục Z hay còn gọi là chuyển động chạy dao đứng. * Bước 3: Thực hiện chạy dao dọc theo trục Z thoát khỏi vùng gia công sau khi gia công xong. * Bước 4: Chuyển động nhanh dụng cụ tới vị trí gia công tiếp theo. 1 4 2 3 Hình 1.4. Điều khiển vị trí Để thực hiện chuyển động chạy dụng cụ từ điểm vừa gia công xong đến điểm gia công tiếp theo người ta có thể thực hiện theo các cách sau: + Chuyển động điểm: Giả sử cần chuyển động dụng cụ từ điểm ban đầu A(xA,yA ) đến điểm B(xB,yB) nằm trong góc phần tư thứ nhất. Theo cách chuyển động dụng cụ song song với trục có thể thực hiện theo hai trình tự: - Chuyển động dụng cụ song song với trục Y sau đó chuyển động dụng cụ song song với trục X. - Hoặc chuyển động dụng cụ song song với trục X tiếp theo chuyển động dụng cụ song song với Y. Y yA Y A yA A §-êng chuyÓn ®éng dông cô §-êng chuyÓn ®éng dông cô B yB 0 xA xB yB X 0 B xA xB Hình 1.5a. Chuyển động song song Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn X - 8- Cách chuyển động dụng cụ lần lượt song song với các trục là cách mà thời gian cần thiết chuyển động dụng cụ từ điểm gia công này đến điểm gia công tiếp theo là chậm nhất. Nhưng nó có ưu điểm là hệ điều khiển đơn giản, dễ dàng trong điều khiển và đặc biệt là giá thành thấp. + Chuyển động nghiêng góc 45o Chuyển động dụng cụ nghiêng góc 45o được điều khiển theo trình tự , ban đầu dụng cụ từ điểm A(xA, yA) chuyển động đến điểm K là tổ hợp từ hai chuyển động thẳng thành phần song song với hai trục máy X và Y với cùng tốc độ vì vậy đường chạy dao là đường nghiêng một góc 450. Chuyển động dụng cụ thực hiện cho đến khi một trong hai gia số X hoặc Y bằng không. Y Y A yA §-êng chuyÓn ®éng dông cô yA A §-êng chuyÓn ®éng dông cô 45 0 yB Y 0 K xA K B yB B 0 xA X Hình 1.5b. Chuyển động nghiêng góc 450 xK xB xB X + Chuyển động theo đường thẳng Kiểu điều khiển chuyển động dụng cụ theo đường thẳng là hệ điều khiển thực hiện đồng bộ cả hai trục chuyển động X và trục Y sao cho dụng cụ chuyển động theo đường thẳng nối giữa hai điểm A(xA,yA ) và B(xB,yB). Tốc độ chuyển động của trục X và trục Y là khác nhau. Thời gian cần thiết chuyển động từ điểm A đến điểm B kiểu dẫn động dụng cụ theo đường thẳng là nhỏ nhất so với hai kiểu chuyển động ở trên. Để thực hiện chuyển động đồng thời hai trục có tốc độ khác nhau, hệ thống điều khiển thường rất phức tạp chính vì vậy mà giá thành của hệ thống này cao hơn rất nhiều so với hai hệ điều khiển đã nêu ở trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 9- + Các yêu cầu của các chuyển động Để giảm thời gian chạy không trong quá trình chuyển động dụng cụ tới vị trí gia công tiếp theo, tốc độ chuyển động dụng cụ cần phải đạt được tốc độ lớn nhất cho phép. Do chuyển động của cơ cấu mang dụng cụ tốc độ cao, quán tính chuyển động của cơ cấu rất lớn, vì vậy vấn đề dừng vị trí chính xác dụng cụ với thời gian dừng là nhỏ nhất là vấn đề đặt ra cho những người thiết kế hệ thống điều khiển vị trí. Để giảm lực quán tính của cơ cấu chấp hành khi chuyển nhanh từ vị trí gia công này tới vị trí gia công tiếp theo bằng cách giảm dần tốc độ trước điểm dừng. Có hai phương pháp thực hiện việc giảm tốc trong máy CNC: giảm tốc độ chuyển động theo cấp (số cấp tốc độ phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và khối lượng chuyển động), giảm tốc độ vô cấp. 1.2.2.3. Hệ điều khiển máy EDM Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển máy EDM bao gồm các cụm: Cụm điều khiển máy(Machine Control Unit - MCU), cụm điều khiển động cơ servo (Servo driver), cụm động cơ servo, cụm phản hồi tốc độ(Velocity feedback), cụm phản hồi vị trí(Position feedback). Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển máy EDM được trình bày như hình 1.6. Cụm điều khiển máy đóng vai trò điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống , nó làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống , nhận lệnh điều khiển tính toán nội suy để đưa ra các thuật toán số học , logic theo trì nh tự xác định . Từ công nghệ gia công do người lập trì nh nạp vào MCU , nhờ hệ thống phần mền MCU sẽ đưa ra tín hiệu từ cụm phản hồi vị trí để liên tục điều chỉnh các sai lệch vị trí trong quá trình làm việc . Sai lệch tốc độ của động cơ servo sẽ được cụm phản hồi tốc độ phát hiện và đưa tới cụm điều khiển servo để hiệu chỉnh. * Chức năng của cụm điều khiển Cụm điều khiển máy được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số. Nó có nhiệm vụ liên kết tất cả các chức năng để điều khiển máy. Các chức năng bao gồm: Vào, ra số liệu xử lý các số liệu và ghép nối máy với các thiết bị ngoại vi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 10- MC U Servo driver Servo motor Velocity feedback (Encoder, resolver) Bµn m¸y Position feedback (Encoder, inductosyn) H×nh 1.6. Thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn m¸y EDM + Số liệu vào (data input) Chức năng này bao gồm: Chức năng vào và lưu trữ số liệu. Đó là số liệu mô tả đường chuyển động của dụng cụ và điều kiện gia công sản phẩm. + Xử lý số liệu (data processing) Cấu trúc chương trì nh điều khiển được đưa vào cụm MCU và được nó mã hóa thành số nhị phân sau só lưu trữ vào cụm nhớ đệm . Các số liệu này được bộ xử lý trung tâm (central processing unit - CPU) tính toán xác định vị trí, lượng chạy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn