Báo cáo thực tập Tổng quan CNC vi mạch điều khiển BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP PHẦN I TỔNG QUAN CNC 1.1) KHÁI NIỆN MÁY CNC CNC viết tắt Computer Numerical Control: điều khiển số máy tính Máy cơng cụ CNC loại máy gia cơng sử dụng chương trình lập trình sẳn để gia cơng chi tiết Các chương trình gia cơng đọc lúc lưu trữ vào nhớ Khi gia cơng, Máy tính đưa lệnh điều khiển máy, Máy công cụ CNC có khả thực chức như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol mặt bậc ba nà Máy CNC có khả bù chiều dài đường kính dụng cụ Tất chức thực nhờ phần mềm máy tính 1.2)ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN CNC Đặc điểm động truyền động Truyền động chính: Động thường dùng động dịng chiều dòng điện xoay chiều Truyền động chạy dao: Động dòng điện chiều dòng điện xoay chiều với vitme/đai ốc/ bi cho trục, chạy dao độc lập X, Y, Z Thường sử dụng động dịng chiều có đặc tính động học tốt cho trình gia tốc trình phanh hãm, mơmen qn tính nhỏ, độ xác điều chỉnh cao cho đoạn đường chuyển xác Bộ víme/đai ốc/ bi có khả biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ma sát khơng có khe hở truyền với tốc độ cao Để dịch chuyển xác biên dạng, trục truyền dẫn khơng phép có khe hở khơng phép có hiệu ứng stick-slip(hiện tượng trượt lùi lực cản ma sát) Bộ vítme/ đai ốc/ bi giải pháp kỹ thuật đảm bảo yêu cầu Phương thức tác dụng vítme/ đai ốc/ bi: Các viên bi nằm rãnh vítme đai ốc đảm bảo truyền lực ma sát từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài chúng có vịng cách, điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đối ngược Trong số giải pháp kết cấu nâng cao truyền này, bước nâng rãnh vít trục đai ốc có giá trị khác -1- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Việc dẫn bi hồi rãnh thực nhờ rãnh dẫn hướng bố trí bên ống dẫn hồi bi bao ngồi trục Truyền dẫn chạy dao khơng khe hở máy phay CNC cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận mà êm 1.3 ) HỆ TOẠ SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC 1.3.1 hệ toạ độ vuông góc Các điểm mà dao cắt tới gia cơng xác định chương trình Để mơ tả vị trí điểm vùng làm việc, ta dùng hệ toạ độ Nó bao gồm ba trục vuông gốc với cắt điểm Trong hệ toạ độ có trục X, Y, Z Với hệ trục toạ độ ba trục, điểm xác định thơng qua toạ độ Hệ toạ độ máy nhà chế tạo máy xác đinh, thông thường khơng thể bị thay đổi Trục X trục mặt phẳng định vị Trên máy phay nằm song song với bàn máy(bàn kẹp chi tiết) Trục Y trục thứ hai mặt phẳng định vị Nó nằm mặt nắp máy vng góc với bàn máy Trục Z luôn trùng với trục truyền động Trục nhà chế tạo xác định Chiều dương trục Z chạy từ chi tiết hướng đến dao cắt Điều có nghĩa chuyển động theo chiều âm trục Z, dao cắt tới bề mặt chi tiết Để xác định nhanh chiều trục, dùng luật bàn tay phải: ta đặt ngón bàn tay phải theo chiều trục Z ngón tay trỏ theo chiều trục X ngón tay trỏ theo chiều Y Hệ toạ độ đựơc gắn liền với chi tiết Bởi ta lập trình ta phải luôn xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng n cịn dao cắt chuyển động Điều có nghĩa : Khi cắt phay, rõ ràng chi tiết chuyển động chính, để đơn giản cho việc lập trình quan niệm chi tiết đứng n cịn dao cắt dịch chuyển Ta gọi chuyển động tương đối dao cụ Để mô tả đường dịch chuyển dao(các liệu toạ độ) số máy CNC có hai khả 1.3.1.1 Dùng toạ độ Đề Khi dùng liệu toạ độ Đề các, ta đưa khoảng cách đo song song với trục từ điểm tới điểm khác -2- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Các khoảng cách theo chiều dương trục có kèm theo dấu dương(+) phía trước Các khoảng cách theo chiều âm trục có kèm theo dấu âm(-) phía trước Các số đo đưa theo hai phương thức: Đo tuyệt đối : Với số đo tuyệt đối, ta đưa toạ độ điểm đích tính từ điểm cố định vùng làm việc Nghĩa chuyển động xác định, dao cắt phải dịch chuyển đến đâu kể từ điểm gốc tuyệt đối Đo theo kích thước : Với số đo theo chuỗi kích thước, ta đưa toạ độ điểm đích tính từ điểm dừng lại dao cắt sau vệt cắt Nghĩa chuyến đưa số liệu dao cần dịch chuyển tiếp lượng theo trục toạ độ 1.3.1.2 Dùng toạ độ cực Khi sử dụng liệu hệ toạ độ cực, ta đưa vị trí điểm khơng qua khoảng cách góc so với trục sở Các toạ độ cực đo mặt phẳng Trong phạm vi hệ toạ độ cực có ba mặt phẳng Từ ba trục X, Y Z hệ thống có ba bề mặt kẹp, : mặt X/Y; mặt X/Z mặt Y/Z 1.3.2 Những điểm quan trọng hệ toạ độ Điểm chuẩn máy M: điểm gốc M hệ toạ độ máy Điểm W chi tiết: điểm gốc hệ toạ độ chi tiết, đựoc giữ cố định cho chi tiết Điểm chuẩn dao P: điểm gôc hệ toạ độ gắn dao cắt Điểm lập trình: điểm gốc 0, từ xác định liệu cập nhập chương trình Điểm thay đổi thơng qua lệnh chuyển điểm -3- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP 1.4) QUAN HỆ GIỮA CÁC TRỤC TOẠ ĐỘ: Khi gia công máy CNC người ta chia hệ trục toạ độ thành loại: hệ trục toạ đọ máy, hệ trục toạ độ chi tiết hệ trục toạ độ dao Từ hệ trục toạ độ máy có điểm gốc M ta biểu diễn hệ toạ độ chi tiết hệ toạ độ dao phép dịch chuyển tịnh tiến hay phép quay Nhờ ta xác định đựơc vị trị điểm chi tiết cần gia công vị trị dao để gia công chi tiết 1.5 ) CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC Các máy CNC khác có khả gia công bề mặt khác lỗ, mặt phẳng, mặt định hình, v.v… Do dạng điều khiển máy chia thành: điều khiển điểm- điểm, điều khiển theo đường thẳng điều khiển theo biên dạng a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ phương pháp khoan, khoét, doa cắt ren chi tiết gia công gá cố định bàn máy, dụng cụ cắt thực chạy dao nhanh đến vị trí lập trình Khi đạt tới đích dao bắt đầu gia công truờng hợp quỹ đạo chuyển động dao không quan trọng, điều quan trọng vị trí gia cơng đạt đến phải xác b) Điều khiển theo đường thẳng Điều khiển đường thẳng dạng điều khiển gia công dụng cụ cắt thực lượng chạy dao theo đường thẳng Khi thực gia công chuyển động theo trục toạ độ độc lập khơng có quan hệ buộc với trục khác c) Điều khiển biên dạng Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy nhiều trục lúc Trong trường hợp hai trục để tạo dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong theo trục có quan hệ hàm số ràng buộc với -4- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP PHẦN II GIỚI THIỆU CNC CYBER-MILL CYBER- MILL máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có mơ sau: Các phận Truyền động: Động chiều có mang dao phay đường kính dao 3mm Chuyển động ăn dao: -5- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Chuyển động ăn dao thực nhờ ba động bước hoạt động độc lập động loại nguồn 2A-5V Vitme/ đaiốc Mỗi động bước thực điều khiển chuyển động theo trục định hệ toạ độ Đề các(X,Y,Z) Bộ truyền động sử dụng Vitme/đai ốc Chiều dài Vít me trục Z 210 mm Chiều dài Vitme trục X 380 mm Chiều dài Vitme trục Y 210 mm Khoảng cách Vitme 3mm/răng Độ rộng 1mm đường kính Vitme la 12mm Khơng gian làm việc : 20x40( mm x mm) Đầu Vitme nối với trục động bước thực biến đổi chuyển động quay tròn động bước thành chuyển động thẳng vật mang chi tiết Đầu lại Vitme gá vào khung đỡ Vitme đựơc gá vào đaiốc để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Tính tốn chuyển động: Động bước có số bước 200 bước/ vịng Do để thực chuyển động khoảng L theo trục vật mang chi tiết số vòng quay phải thực L/3 Khi số xung cân cấp cho động bứơc 200 L/3 Việc tính tốn điều khiển chuyển động động bước thực máy tín Việc thực điều khiển chuyển động động bước thiết kế phần IV -6- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP PHẦN III ĐỘNG CƠ BƯỚC I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BƯỚC KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC Các hệ truyền động rời rạc thường thực nhờ động chấp hành đặc biệt gọi động bước Động bước thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rơto có khả cố định rơto vào vị trí cần thiết Động bước làm việc nhờ có chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rơto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay tôto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Khi xung điện áp đặt vào cuộn dây stato(phần ứng) động bước rơto(phần cảm) động quay góc định, góc bước quay động Khi xung điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục rơto quay liên tục.(Thực chất chuyển động theo bước rời rạc) Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ Trong động chiều không tiếp xúc có rơto thường nam châm vĩnh cửu(số đơi cực 2p=2) cần có cảm biến vị trí rơto động bước có rơto dạng cực lồi gồm nhiều cách cấu thành cặp nam châm N-S xen kẽ để tạo số cặp cực 2p lớn không cần -7- BÁO CÁO THỰC TẬP TƠT NGHIỆP phải có cảm biến vị trí rơto Động bước từ trường quay không liên tục xung điện cấp vào rời rạc nên rôto quay theo bước Cũng giống động đồng giảm tốc công suất nhỏ, động bước có bối dây tạo thành pha stato, đồng thời rôto stato có để tạo thành cặp cực nam châm điện Nhưng động đồng gảim tốc có cuộn kích thích cần phải có dịng điện kích thích để khởi động, cịn động bước khơng cần yếu tố Mặt khác Có thể cói động bước linh kiện số mà thơng tin số hố thiết lập chuyển thành chuyển động quay theo bước Động bước thực trung thành lệnh số hố máy tính u cầu Mơ hình số hố động bước Ngun lý hoạt động Rơ to động bước khơng có cuộn dây khởi động mà khởi động phương pháp tần số Rơto động bước kích thích(rơto tích cực) khơng kích thích(rơto thụ động) Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato xung cực xung cực Chuyển mạch điện tử cung cấp điện áp điều khiển cho cuộn dây stato theo cuộn dây riêng lẽ theo nhóm cuộn dây Trị số chiều lực điện từ tổng F động vị trí rơto khơng gian hoàn toàn phụ thuộc voà phương pháp cung cấp điện cho cuộn dây Thực tế để tăng cường lực điện từ tổng stato tăng từ thông mômen đồng bộ, người ta thường cấp điện đồng thời cho hai,ba nhiều cuộn dây Lúc rơto động bước có vị trí cân bằng(ổn định ) trung với vectơ lực điện từ tổng F Đồng thời lực điện từ tổng F có giá trị lớn lực điện từ thành phần cuộn dây stato -8- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Khi cấp điện cho số chẵn cuộn dây cho số lẽ cuộn dây rôto động bước có m vị trí cân góc xê dịch hai vị trí liên tiếp rôto 2π/m - Trường hợp gọi điều khiển bước hay điều khiển đối xứng Nếu cấp điện theo thứ tự số chẵn cuộn dây, số lẻ cuộn dây, có nghĩa số lượng cuộn dây điều khiển luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ từ lẻ sang chẵn số vị trí cân rơto tăng lên gấp đôi 2m độ lớn bước giảm nửa 2π/2m – Trường hợp gọi điều khiển nửa bước hay điều khiển không đối xứng Ta tính số bước quay rơto khoảng 0÷3600 là: K= m.n1.n2.p, Trong đó: p: số đôi cực rôto; m: số cuộn dây điều khiển stato(số pha); n1: hệ số, n1 =1 ứng với điều khiển đối xứng; n2=2 ứng với điều khiển khôngđối xứng; n2: hệ số, n2=1 điều khiển xung cực; n2=2 điều khiển xugn cực Bước quay rôto không gian α=3600/K 3.) mômen đồng trạng thái ổn định động bước Biểu thức mômen đồng tĩnh động bước khác với biểu thức mômen đồng động đồng thường có cấu trúc Sự khác động bước cấp dịng điện chiều, khơng phải dịng điện xoay chiều Trong động cấp nguồn chiều, sau q trình q độ, dịng điện cuộn stato số I=U/rs=Const Từ thơng mà sinh tác động vào cặp cực rơto: φ=B.S.cosα=B.S.sinθ đó: B cường độ từ trường dòng điện I sinh cuộn dây có điện cảm L; S tiết diện vuông gốc cặp cực; α góc trục cặp cực với trục cuộn dây pha; θ góc trục cặp cực đường vng góc với trục cuộn dây pha; -9- BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP Muốn cho động quay với tốc độ cao phải chọn VCC lớn, thực tế 7÷15 lần điện áp định mức U Do chế độ giữ, cơng suất tiêu tán điện trở nối tiếp RS lớn: P=I2.RS=(VCC-U)2/RS Cơng suất tổn hao mặt lãng phí, mặt khác làm nóng cháy điện trở nối tiếp RS 3.3 Điều khiển dòng-áp độ rộng xung: Xuất phát từ nhận xét d, chất kiểu điều khiển sau: - Ở chế độ dịch bước,cuộn dây pha cấp xung có độ rộng cho rơto dịch bước, nghĩa dòng i đạt đến mức I0