ngược lại( bảng 1.1 ) Bảng 1.1 Bit- Nr (K= bit kiểm tra) K Số rãnh (T= rãnh chu kỳ) T 24 23 Mã nhị phân 22 21 20 Nr Ký tự Tổ hợp số 1 NUL 0 0 o 0 BS 0 o 0 HT 0 0 o 0 LF 0 0 o CR 0 o 1 SP 1 0 o 0 ( 0 1 o 0 ) 1 o 0 % 1 0 o 1 10 : 0 1 o 11 / 1 o 1 12 + 0 1 o 1 13 - 0 1 o 1 14 0 1 o 0 15 1 1 o 0 16 1 o 17 0 1 o 1 18 1 o 0 19 0 1 o 1 20 0 1 o 1 21 1 o 1 22 1 1 o 0 23 0 1 o 0 24 A 0 o 0 25 B 0 o 26 C 1 0 o 1 14 27 D 0 o 0 28 E 1 0 o 1 29 F 1 0 o 1 30 G 0 o 1 31 H 0 o 0 32 I 1 0 o 0 33 J 1 0 o 34 K 0 o 1 35 L 1 0 o 0 36 M 0 o 1 37 N 0 o 1 38 O 1 0 o 1 39 P 1 o 0 40 Q 1 o 0 41 R 1 o 42 S 1 o 1 43 T 1 o 0 44 U 1 o 1 45 V 1 o 1 46 W 1 o 1 47 X 1 1 o 0 48 Y 1 o 0 49 Z 1 o 50 DEL 1 1 o 1 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (1): Bit kiểm tra (2): Vùng bit dành cho ký tự chữ (3) (4): Vùng bit dành cho ký tự chữ số thập phân (5): Các giá trị số hệ nhị phân (6): Rãnh dẫn băng (7) (8) (9): Các giá trị số hệ nhị phân 15 Các thông tin cần thiết cho hoạt động máy công cụ ĐKS mô tả theo ký tự ( mã NC ) sau: % : Ký tự bắt đầu chương trình L : Số hiệu chương trình N : Số thứ tự lệnh G : Chức dịch chuyển M : Chức phụ trợ A : Góc D : Hiệu chỉnh dụng cụ F : Tốc độ chạy dao I, J, K: Các thơng số vịng trịn P : Số lần chạy chương trình R : Tham số chu trình S : Tốc độ trục T : Gọi dao U : Bán kính vịng trịn X, Y, Z : Dữ liệu vị trí LF(hoặc ";"): Đổi dịng 1.2.2.2 Các hệ thống hỗ trợ gia công tự động Sự ứng dụng rộng rãi máy tính cá nhân góp phần đáng kể vào việc phát triển hệ thống hỗ trợ gia công tự động máy công cụ ĐKS Hoạt động hệ thống hỗ trợ nầy chia làm tiến trình: – Đầu tiên, dựa vào liệu thơng tin hình học để tạo vật thể chi tiết qua hệ thống CAD – Tiếp theo, trình lựa chọn gia cơng liệu chế độ cắt, đường dịch chuyển dao cụ tính tốn xử lý ( tiền xử lý ) – Cuối cùng, sau kiểm tra sữa đổi, chuyển thành mã NC hiểu máy công cụ ĐKS cụ thể (xử lý tiếp theo) 1.2.2.2.a Hệ thống CAD (Computer Aided Design) Các hệ thống CAD phát triển dựa phương pháp mô tả hình học lĩnh vực đồ họa máy tính (computer graphics) cho phép mơ hình hóa vật thể chi tiết Dữ liệu từ trình nầy sở thực phân tích kỹ thuật cần thiết kể khâu tổ chức, 16 quản lý sản xuất Sử dụng hệ thống hỗ trợ CAD có ưu điểm nỗi bật – Năng suất chất lượng thiết kế cao – Tính tốn, phân tích chi tiết nhanh chóng, xác – Có thể lưu trữ, cập nhật thông tin liên tục dễ cải thiện chất lượng sản phẩm – Tạo điều kiện chế tạo tổ chức sản xuất dễ dàng 1.2.2.2.b Hệ thống CAM (Computer Aided Manufacturing) Các hệ thống CAM làm việc trực tiếp liệu mơ hình hình học vật thể để cung cấp liệu đường dịch chuyển dụng cụ, với liệu tổ chức sản xuất (lượng vật liệu cắt gọt, thời gian gia công ) Nếu sử dụng giao tiếp liệu theo định dạng chuẩn : DXF, IGES nối kết CAD/CAM tạo mã NC chuẩn bị chương trình gia cơng chi tiết cách tự động 1.2.2.2.c Hệ thống CAD/CAM/NC Muốn gia công máy công cụ ĐKS định, mã NC tương ứng máy phải tạo giai đoạn xử lý NC ( post processor) Với hệ thống hỗ trợ gia cơng tự động, lập chương trình gia cơng tự động, mơ q trình sản xuất gia cơng máy, quản lý liệu cách hệ thống cho nhiều mục đích khác , tồn thời gian thực quy trình thiết kế gia cơng chi tiết giảm đáng kể 1.2.2.3 Các đặc điểm kinh tế- kỹ thuật hệ thống ĐKS máy công cụ Những lợi ích mà hệ thống ĐKS mang lại : – Thời gian chuẩn bị cho gia công giảm mạnh, tự động hóa sản xuất đơn loạt nhỏ – Có khả thay đổi mặt hàng nhanh, với sản phẩm có hình dáng hình học phức tạp – Chất lượng sản phẩm dễ cải thiện – Độ xác gia cơng cao nhờ ứng dụng hệ thống điều khiển phản hồi (có liên hệ ngược) – Giá thành sản phẩm hạ, dễ ổn định giá thành sản xuất Mặc dù vốn đầu tư ban đầu lớn thời gian hoàn vốn thường ngắn 1.2.3 Hệ thống đo vị trí máy cơng cụ ĐKS Độ xác dịch chuyển theo trục tọa độ máy công cụ ĐKS phụ thuộc chủ 17 yếu vào độ xác hệ thống đo Các hệ thống nầy ghi biến đổi thơng số đo thành tín hiệu tương thích phản hồi đến hệ ĐKS để thực nhiệm vụ điều khiển, gọi chúng cảm biến Các đại lượng đo vị trí chuyển vị dài chuyển vị góc 1.2.3.1 Các phương pháp đo vị trí máy : Có phương pháp đo vị trí sau : 1.2.3.1.a Phương pháp đo vị trí tuyệt đối Theo phương pháp đo nầy, giá trị đo so với điểm thước đo có dấu hiệu riêng mã hố, cần giải mã để có giá trị đo Đối với phương pháp đo vị trí tương tự / tuyệt đối, ứng với gia số vị trí phạm vi đường dịch chuyển thang điện áp đặc biệt Trường hợp phạm vi dịch chuyển lớn, người ta thường chia toàn phạm vi thành khoảng tăng có độ lớn nhau, phạm vi khoảng tăng, phép đo thực theo phương pháp tuyệt đối Giá trị đo vị trí đo tính : x = n.i + xabs (1.4) ( n =1,2,3…); với i : giá trị khoảng tăng ; n : số khoảng tăng Đối với phương pháp đo vị trí số / tuyệt đối, gia số vị trí đánh dấu mã nhị phân Ưu điểm phương pháp đo vị trí tuyệt đối thời điểm đo sau lần điện áp, vị trí tuyệt đối so với điểm nhận biết Nhưng mặt khác, hệ thống đo vị trí tuyệt đối thường có giá thành chế tạo cao, thiết kế chúng khơng cịn ứng dụng 1.2.3.1.b Phương pháp đo vị trí kiểu gia số Toàn phạm vi dịch chuyển chia thành bước tăng (khoảng gia số) có độ lớn nhau, khơng có dấu hiệu riêng nên chúng khơng cần giải mã, cần đếm Vị trí thật nhận biết tổng bước tăng đếm được, gia số vượt qua phải cọng với trừ cho tùy theo chiều chuyển động Gốc đo chọn điểm cách đặt lại đếm Nhược điểm phương pháp đo nầy nguồn điện làm gốc hệ thống đo Muốn đo phải xác định lại gốc Ngồi ra, khơng đo vị trí tuyệt đối mà đo thay đổi gia số sai số đo có tính tích lũy Giá thành hệ thống đo kiểu gia số rẻ so với hệ thống đo vị trí tuyệt đối 18 1.2.3.2 Đo vị trí đại lượng tương tự: Đoạn đường hay góc cần đo chuyển đổi liên tục thành đại lượng vật lý tương ứng hay cịn gọi đại lượng tương tự, ví dụ chuyển đổi thành điện áp cường độ dòng Để đo vị trí theo đại lượng tương tự, máy công cụ ĐKS thường xử dụng loại dụng cụ hoạt động theo nguyên lý cảm ứng, dựa tượng có cuộn dây dẫn di chuyển từ trường, hiệu điện cảm ứng E sản cuộn dây có cường độ phụ thuộc vào khoảng cách vật dẫn 1.2.3.2.a Đầu đo Resolver : Cịn gọi thước đo góc quay cảm ứng, có cấu tạo gồm phần: Stato rơ to (H1.4a) Trên stato bố trí cuộn dây quấn cố định, cuộn dây đặt vng góc cấp điện áp xoay chiều lệch pha điện 900: Usinθ Ucosθ Thông qua chuyển động cấu dẫn (vít me), góc quay rô to thay đổi làm cảm ứng cuộn dây rơ to hiệu điện UF có độ lớn phụ thuộc vào góc quay rơ to véc tơ từ trường Tín hiệu điện áp tỉ lệ với góc quay rơ to từ đầu đo Resolver cung cấp tập thứ tự giá trị đo tuyệt đối phạm vi 1độ chia rô to Thông thường, biến đổi thẳng độ dài 2mm ứng với vịng quay rơ to Resolver H1.4a: Ngun lý làm việc đầu đo Resolver 1.2.3.2.b Đầu đo Inductosyn: Cịn gọi đầu đo cảm ứng tuyến tính (đo chuyển vị dài)(H1.4b) Nguyên tắc tác dụng tương đương với đầu đo Resolver quấn dây phẳng, cấu tạo bao gồm thước đo với cuộn dây phẳng quấn theo dạng gấp khúc chữ nhật lắp cố 19 định thân máy Với mục đích đo lường, bước dây quấn τ = 2mm Bên thước đo có đoạn thước dẫn có cuộn dây phẳng đặt lệch 1/4 độ chia Đoạn thước dẫn lắp bàn máy di động mà ta cần đo biến thiên vị trí Con trượt với đoạn thước dẫn cách 0,1mm so với mặt thước đo Trong cuộn dây thước đo có điện áp tần số cao U Qua lớp cách, cuộn dây thước dẫn cảm ứng điện áp có cường độ phụ thuộc vào vị trí so với cuộn dây thước đo Mức điện áp nầy đánh giá hệ điều khiển đưa giá trị đo vị trí bàn máy theo bước τ thước H1.4b: Nguyên lý làm việc đầu đo Inductosyn 1.2.3.3 Đo vị trí với hệ thống quang điện: Thước đo chiều dài làm việc theo nguyên tắc quang điện (H1.5a) H1.5a trình bày đầu kích quang gồm thiết bị chiếu sáng, thấu kính hội tụ, lưới chia kích quang phần tử tiếp thụ kích thích ( tế bào quang điện) Trên thước đo có vạch soi thấu không thấu đặt Tia sáng gặp phải vạch soi thấu tế bào quang điện hấp thụ Khi đầu kích quang có chuyển động tương đối so với thước đo, thước nầy chạy thấu kính hội tụ lưới chia, nhờ tế bào quang điện bố trí thành hai hàng lệch 1/4 bước τ, ta nhận tín hiệu lệch pha 900, qua hệ điều khiển biết chiều chuyển động (chiều sớm trễ pha tín hiệu) Cũng tương tự thước đo số vị trí dài, H1.5b thước đo số vị trí góc Trong hệ thống đo vị trí kiểu số/gia số, điện áp nguồn, giá trị đo vị trí bàn máy theo Để tái số đo nầy, thước đo trang bị thêm 20 hay nhiều mốc đo chuẩn τ Nguồn sáng Lưới chia Thấu kính hội tụ Tế bào quang điện Mã chuẩn Thước đo H 1.5a:Thước đo chiều dài theo nguyên tắc quang-điện H1.5b: Thước đo góc theo nguyên tắc quang điện Cường độ sáng nhận hệ thống đo chiều dài theo phương pháp quang-điện (H1.5c) khuếch đại thành dạng xung chữ nhật nhờ tạo xung điện tử tùy theo chu kỳ chia độ chia địi hỏi, tín hiệu nội suy tương tự chia nhỏ thêm từ đến 25 lần 1.2.3.4 Đo vị trí kiểu số/tuyệt đối: Trong hệ thống đo vị trí kiểu số/tuyệt đối, gia số vị trí thước đường dịch chuyển vạch dấu riêng Nếu hệ thống đo vị trí kiểu số/ gia số cần thước đo khoảng chia đủ, hệ thống đo kiểu số/tuyệt đối cần thước đo nhiều khoảng chia ứng với gia số vị trí khác Những vùng soi thấu thang 21 đo ứng với giá trị 0, cịn vùng khơng soi thấu thang đo tương đương với giá trị hệ nhị phân Theo cách đó, thước đo chia vạch theo mã nhị phân khoảng chia kích quang thích hợp Do giá thành chế tạo cao, hệ thống đo với phương pháp đo vị trí kiểu số / tuyệt đối khơng cịn sử dụng rộng rãi H1.5c: Biểu đồ hình thành xung điện áp hệ thống đo quang-điện 1.2.4 Các nguồn động lực dùng cho Máy công cụ ĐKS Thường sử dụng loại động sau để làm nguồn động lực: 1.2.4.1 Động điện chiều Nhờ khả điều chỉnh vô cấp tốc độ động cách dễ dàng, đảo chiều quay đơn giản, nhanh chóng, tác dụng nhanh, động điện chiều ứng dụng rộng rãi máy công cụ ĐKS, đặc biệt truyền động chạy dao Có kiểu : 1.2.4.1.a Loại có từ trường khơng đổi (điều khiển tốc độ dòng điện phần ứng): Stato động bao gồm đế, ổ trục, mạch từ Các mạch từ stato tạo từ trường ngang qua rô to Rô to gồm trục cuộn dây quấn phần ứng Cổ góp với phiến góp đồng ghép cách điện nối với đầu dây theo cách để động có chiều quay không đổi Nguyên tắc làm việc động dựa định luật Lorentz qua biểu thức : r r r F = qV × B (1.5) Khi động quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động có chiều theo quy tắc bàn tay phải Do chiều sức điện động cảm ứng ngược với chiều 22 dòng điện ia nên gọi sức phản điện Eb, với : Eb = Keω (1.6) ke : số phản điện ; ω : tốc độ quay động ⎛R ⎞ Bỏ qua điện áp cuộn cảm, hiệu vào Vi = Raia +keω = ⎜ a ⎟M1 + k e ω ⎜k ⎟ ⎝ m⎠ ⎛ km ⎝ Ra M1 = kmia = ⎜ ⎜ ⎞ ⎛k k ⎟Vi − ⎜ e m ⎟ ⎜ R ⎠ ⎝ a ⎛k ⎞ ⎟ω = ⎜ m ⎜R ⎟ ⎝ a ⎠ ⎞ ⎡ ke ⎤ ⎛ km ⎟Vi ⎢1 − ω⎥ = ⎜ ⎜ ⎟ ⎠ ⎣ Vi ⎦ ⎝ R a ⎞ ⎡ ω ⎤ ⎟Vi ⎢1 − ⎥ ⎟ ⎠ ⎣ ω max ⎦ ⎞ ⎟Vi Ms gọi ngẫu định mức ⎟ ⎠ ⎞ ⎛ Quan hệ ngẫu tốc độ động cơ: M1(ω) = Ms ⎜1 − ω ⎟ ⎜ ω ⎟ max ⎠ ⎝ Vi M s R a Tốc độ không tải : ωmax = = ke kek m : ω max = (1.7) (1.8) Vi ⎛k ; Ms = ⎜ m ⎜R ke ⎝ a (1.9) (1.10) ⎛ ω ⎞ Công suất : P(ω) = M1ω = ωMs ⎜1 − ⎜ ω ⎟ ⎟ max ⎠ ⎝ ω max (1.11) V Is = i Dòng định mức : (1.12) Ra Phương trình mơ tả hoạt động động từ cấp Vi đến đạt tốc độ ω: Tốc độ công suất cực đại : ω∗ = & ⎧ Jω + bω − k m i a = M t ⎪ ⎨ di a ⎪L a dt + R a i a + k e ω = Vi ⎩ (1.13) dω +Mf -Mt (1.14) dt đó, M1 : Ngẫu sinh động ; Mf : Ngẫu ma sát ; Mt: Ngẫu tải; km: số Có thể viết lại sau : Ngẫu M1= kmia = J ngẫu động ; Ra , La: Điện trở cuộn cảm mạch điện động J= Ja + JL với Ja: Momen quán tính động cơ; JL: Momen quán tính tải Giải phương trình (1.21) ta tìm quan hệ ω hiệu đặt vào Vi có kể đến trễ thành phần 1.2.4.1.b Loại có từ trường quay (điều khiển tốc độ điều khiển trường) Với động loại nầy, rô to (phần quay) nam châm vĩnh cửu stato (phần tĩnh ) lõi thép cuộn dây quấn cố định (khơng có chổi điện) Khi có dòng điện cung cấp cuộn dây stato tạo nên từ trường quay Các phép tính tương tự loại có từ trường cố định, khác khơng có sức phản điện tạo nên mạch trường (Eb = 0) 23 Các động điện chiều chế tạo với cơng suất lên đến 7KW Hằng số thời gian khoảng (20÷50)ms Khi dùng cho hệ thống truyền động giảm tốc lớn, qn tính rơ to động tăng mạnh khơng thích hợp trường hợp nầy 1.2.4.2 Động bước Động bước thích hợp với tín hiệu số máy tính cung cấp, thường dùng làm nguồn động lực cho hệ thống điều khiển vị trí vịng hở với công suất truyền động nhỏ Cấu tạo động bước gần giống với động điện chiều không chổi điện với stato đa cực rô to cuộn kích thích Gọi stato đa cực stato có hai cực, ba cực bốn cực Rơ to có nhiều cực, cịn gọi Số (cực) rơ to phối hợp với số cực stato xác định kích thước bước - gọi góc bước Góc bước 3600 chia cho số bước vòng quay Động bước có loại : kiểu từ trở biến đổi (variable reluctance), kiểu nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) kiểu hỗn hợp (hybrid) – Động bước kiểu từ trở biến đổi không dùng nam châm vĩnh cửu, rơ to động di chuyển tự Khi dòng điện chạy qua cuộn cảm stato, sinh từ trường làm cho rô to đứng thẳng hàng với stato Khi dòng điện chuyển sang cuộn khác, rơ to chuyển dịch góc bước tạo thẳng hàng Loại động nầy dùng nhiều trường hợp không cần ngẫu cao H1.6: Động bước kiểu từ trở biến đổi Ví dụ H1.6 mơ tả động bước kiểu từ trở biến đổi với rô to có stato có cực (3 đơi cực) Động có cuộn cảm, với cuộn quấn quanh cực đối diện theo sơ đồ hình vẽ Các cuộn cấp điện theo thứ tự, giả sử cuộn có điện, X rô to quay đến cực cuộn nầy Nếu cuộn ngắt, cuộn có điện, rơ to quay 300 theo chiều kim 24 đồng hồ Y nằm thẳng hàng với cực tương tự cho cuộn Quá trình tiếp diễn, động quay liên tục, với góc bước 300 – Động bước kiểu nam châm vĩnh cửu có rơ to dạng đĩa mỏng, khơng có (cực), làm vật liệu từ tính Khi cuộn dây stato cấp điện theo thứ tự, từ trường thay đổi làm cho rơ to quay góc bước Loại động nầy có kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tốc độ thấp ngẫu nhỏ, có đặc tính ngẫu ổn định – Động bước kiểu hỗn hợp kết hợp đặc tính tốt loại động với stato đa cực rô to nam châm vĩnh cửu Các động bước kiểu hỗn hợp tiêu chuẩn có rơ to 200 răng, quay với góc bước 1,80, ngồi cịn thiết kế sẵn sơ đồ đấu dây cho phép tạo góc bước 0,90 3,60 Loại động nầy có ngẫu tĩnh động cao, làm việc với tốc độ bước cao, chúng ứng dụng rộng rãi công nghiệp 1.2.4.2.a Các phương án tạo bước Có phương án tạo bước khác tùy thuộc vào cách cấp xung điện điều khiển Nếu cấp xung theo thứ tự, ta có bước đầy Tuy nhiên tạo vi bước, ví dụ rơ to dừng lại vị trí đầy bước cung cấp dòng điện đồng thời cho vòng pha H1.7a,b,c trình bày minh họa cách tạo bước (loại động bước kiểu nam châm vĩnh cửu unipolar pha) H1.7a: Cấp điện cuộn H1.7b: Cấp điện cuộn đồng thời 25 H1.7c: Điều khiển tạo nửa bước 1.2.4.2.b Các đặc tính chính: − Cơng thức chung dùng cho xác định góc bước : δ[ ] = 360 αSZ (1.15) S : số cặp cực stato ; Z: số rô to α : hệ số kể đến chu kỳ điều khiển, ví dụ α = tạo đầy bước; α = tạo nửa bước – Số vòng quay động : n đc = fδ [v/s] 360 (1.16) f: tần số chu kỳ điều khiển hay số xung điện cấp vào giây [Hz] 1.2.4.2.c Động bước khuếch đại momen Sử dụng động bước kết hợp với khuếch đại thủy lực chuyển động quay giải pháp phổ biến để tận dụng tính dễ điều khiển khả nâng cao cơng suất truyền động thích hợp với nguồn động lực Máy công cụ ĐKS (H1.8) Trục vào nhận chuyển động từ tần số nguồn cung cấp động điện bước Trục nầy gắn cố định với chạc bạc ghép cứng với trục Ở vị trí trung gian chạc 1, dầu từ bơm qua lỗ 10 vào buồng tương ứng 26 ... gia công ) Nếu sử dụng giao tiếp liệu theo định dạng chuẩn : DXF, IGES nối kết CAD/CAM tạo mã NC chuẩn bị chương trình gia cơng chi tiết cách tự động 1 .2. 2 .2. c Hệ thống CAD/CAM/NC Muốn gia công. .. Số lần chạy chương trình R : Tham số chu trình S : Tốc độ trục T : Gọi dao U : Bán kính vịng trịn X, Y, Z : Dữ liệu vị trí LF(hoặc ";"): Đổi dịng 1 .2. 2 .2 Các hệ thống hỗ trợ gia công tự động.. .27 D 0 o 0 28 E 1 0 o 1 29 F 1 0 o 1 30 G 0 o 1 31 H 0 o 0 32 I 1 0 o 0 33 J 1 0 o 34 K 0 o 1 35 L 1 0 o 0 36 M 0 o 1 37 N 0 o 1 38 O 1 0 o 1 39 P 1 o 0 40 Q 1 o 0 41 R 1 o 42 S 1 o 1