Các câu hỏi Chương 2: Lập trình : • Bài 1: Vẽ vẽ viết chương trình mã G • Bài 2: Tạo file ∗.ncl, nhập chương trình TH.C, chạy chương trình nhận xét kết chương trình mã G Mở rộng cho thuật giải Phân biệt chu trình chương trình tham số Chuyển động G00 dùng để a thực nguyên công gia công nhanh chi tiết b định vị nhanh dụng cụ đến khỏi vị trí cắt gọt c tạo chuyển động theo đường vịng chi tiết d gia cơng với tốc độ chạy dao định theo đường thẳng Chuyển động G01 dùng để a thực nguyên công gia công nhanh chi tiết b định vị nhanh dụng cụ đến khỏi vị trí cắt gọt c tạo chuyển động theo đường vịng chi tiết d gia cơng với tốc độ chạy dao định theo đường thẳng Tốc độ chạy dao không cần phải lập trình lệnh dịch chuyển, lệnh chuyển động thẳng tròn ( Đ , S ) Một kiểu chuyển động định lựa chọn ( G00, G01, G02 hay G03), khơng cần phải lập trình lại kiểu chuyển động thay đổi ( Đ , S ) Liệt kê yếu tố mà tất kiểu chuyển động có chung a Chúng có chung mẫu lệnh b Điểm cuối chuyển động lập trình lệnh chuyển động c Tất chuyển động phụ thuộc vào chế độ tuyệt đối/gia số (G90/G91) d Chỉ có trục chuyển động cần đưa vào lệnh dịch chuyển Cơng tắc đóng/ ngắt làm việc theo mã M01 chương trình? Dừng có chọn lọc (Optional Stop) 53 Chương Máy cơng cụ ĐKS- Phân tích động học kết cấu 3.1 Cấu trúc tổng thể Máy cơng cụ ĐKS Các Máy cơng cụ ĐKS có bố cục tương tự máy công cụ truyền thống, trừ số trường hợp, cấu trúc tổng thể Máy có thay đổi định phù hợp với vị trí hệ thống sản xuất, ví dụ tính thuận tiện bố trí cấu cấp thay tự động dụng cụ cấp, tháo phôi tự động H3.1: Máy phay điều khiển chương trình số PC Mill 155 3.2 Phân tích đặc điểm động học hệ thống truyền động Máy cơng cụ ĐKS Ngồi nhiệm vụ truyền cơng suất cắt gọt hay công suất chạy dao cần thiết, hệ thống truyền động Máy phải cung cấp phạm vi điều chỉnh tốc độ vô cấp đủ rộng đáp ứng tiêu chuẩn đặc tính động lực học Máy Để thoả mãn yêu cầu trên, nguồn động lực chọn thường loại động điện chiều động bước, động điện xoay chiều dùng kèm với thiết bị biến tần 3.2.1 Các đặc điểm hệ thống truyền động dùng động chiều (DC) Hệ thống truyền động loại nầy cung cấp phạm vi điều chỉnh tốc độ cần thiết cách mắc nối tiếp nguồn động lực điều chỉnh vô cấp với hộp tốc độ truyền động phân cấp Nhờ vậy, hệ có đường truyền ngắn bảo đảm phạm vi tốc độ trục • Mắc nối tiếp nguồn vô cấp với hộp tốc độ phân cấp Đây phương pháp ứng dụng rộng rãi Giả sử nguồn vơ cấp có phạm vi điều chỉnh RB = n 'max ghép nối tiếp với 1hộp tốc độ phân cấp có q tỉ số truyền i1, i2, ,iq n 'min 54 Chọn nhóm vơ cấp làm nhóm sở, RB =ϕ Tương ứng với tỉ số truyền i1, i2, ,iq ta có q phạm vi thay đổi tốc độ trục ra: i1 n 'min → i1 n 'max i n 'min → i n 'max KKKKKK i q n 'min → i q n 'max Cần tìm quy luật phân bố tỉ số truyền i n'min i1 n"max i3 i2 nmin C n'max B C B C B nmax H3.2: Lưới kết cấu Hộp Tốc Độ Ví dụ cho trường hợp hộp tốc độ có tỉ số truyền i1, i2, i3 Đối với nhóm truyền vơ cấp, i phụ thuộc vào tải trọng, chịu tải, truyền phân cấp tạo khoảng trống khơng có tốc độ Nhiệm vụ thiết kế phải bảo đảm điều kiện tốc độ liên tục, hay nói cách khác, nB ≡ nC nB = n'min i2 Ta có : nC = n'max i1 Điều kiện : nB ≤ nC ⇒ i2 ≤ n 'max i1 = RB i1 n 'min (3.1) i3 ≤ RB i2 = R i1 B Tương tự : Một cách tổng quát : ⇔ iq ≤ R q −1 i1 ⇒ B iq i1 = R A ≤ R q −1 B (3.2) iq = (kR B )q −1 i1 với k ≤ q : số cấp tốc độ hộp tốc độ phân cấp (3.3) 55 Do vậy, tỉ số truyền phân cấp phân bố theo quy luật cấp số nhân có cơng bội ϕ = kRB • Xác định q : Phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền phân cấp : RA= iq i1 = (kR B ) q −1 (3.4) Nếu gọi R phạm vi điều chỉnh chung : R=RARB , ta có : R lg R lg R q −1 = (kR B ) ≤ R q −1 ⇒ q ≥ hay q = B RB lg R B lg R B Cũng xác định giá trị hệ số k Bởi k q −1 R q = R ⇒ k = B W = % RB q −1 (3.5) R q −1 = (kR B ) , ta có : RB R tỉ lệ trùng tương đối W điểm tiếp giáp BC : RB n 'max i q −1 − n 'min i q (n 'max − n 'min )i q −1 100 ; Thay iq=kRB iq-1 n 'max − n 'min kR B R (1 − k ) W = 100 = B 100 ' ' R B −1 (n max − n ) ⇒ % (3.6) Ví dụ : Thiết kế hệ thống truyền động cho máy CNC động cho phép biến đổi vơ cấp tốc độ từ (1200 ÷3000)vg/ph ghép với hộp tốc độ cho số vòng quay trục nmin = 40vg/ph nmax = 1600vg/ph Giải : n max 1600 3000 = = 40 ; RB= = 2,5 1200 n 40 lg R lg 40 = =4 Số cấp tốc độ hộp tốc độ : q = lg R B lg 2,5 Các phạm vi điều chỉnh R= Hệ số k = RB q −1 R 40 = ≈1 R B 2,5 2,5 Do ϕ = kRB = 2,5 Hộp tốc độ có PAKG 2×2 PATT I II (1) (2) Lưới kết cấu nhận H3.3.Từ lưới kết cấu, tiến hành vẽ đồ thị vịng quay, tính 56 H3.3: Lưới kết cấu toán số hộp phân cấp, vẽ sơ đồ động theo cách máy công cụ truyền thống (H3.4a,b) 3.2.2 Các đặc điểm hệ thống truyền động dùng động bước Đối với động bước, góc bước δđ/c có mối quan hệ với chuyển vị đơn vị cấu chấp hành theo biểu thức : ∆s = δđ/c i kv : i= nc với n đc (3.7) nc , số vòng quay trục hộp giảm tốc [vg/s] n đ/c, số vòng quay động bước [vg/s] kv : hệ số phụ thuộc vào cấu dẫn, cấu dẫn vít me-đai ốc, ta có: kv=tx, với cấu dẫn truyền bánh răng-thanh răng, kv= πmz , m z mô đun số bánh dẫn động 57 Gọi Vs [mm/ph] : tốc độ chạy dao bàn máy, kv xác định theo biểu thức: kv= Vs [mm] 60n c Lựa chọn thông số động học hệ thống truyền động dùng động bước cần vào : • Độ xác động học yêu cầu, tức phải bảo đảm ∆s ≤ [∆s] [ ∆s ] [∆s]: sai số cho phép lớn cấu chấp hành, hay ikv ≤ δ đc M ikv ≤ η • Khả truyền lực kéo cần thiết, hay Q M1: giá trị trung bình momen động bước (3.8) (3.9) Q : lực kéo lớn ; η: hiệu suất truyền dẫn • Khả thực tốc độ chạy dao nhanh bàn máy ikv ≥ Vs max fδ đc (3.10) Chọn tỉ số truyền i hộp giảm tốc phải ý đến yếu tố động lực học hệ truyền động 3.3 Phân tích đặc điểm kết cấu Cấu trúc hệ truyền động Máy ĐKS bao gồm động cơ, thành phần truyền động hệ điều khiển Hệ điều khiển nhận liệu đầu vào dạng lệnh, ví dụ lệnh nhiễu ĐẦU VÀO chuyển động máy ( mã hoá ) ĐẦU RA MÁY hệ điều khiển Các chuyển động máy mơ tả theo tín hiệu mã hố chuyển động thực tế Đáp ứng phần cứng theo lệnh gởi đến H3.5: Cấu trúc máy công cụ ĐKS chuyển động dẫn tập hợp tọa độ điểm không gian mà dụng cụ cần 58 qua , xử lý biến đổi liệu nầy thành tín hiệu điều khiển động sau qua số hệ thống hệ chấp hành, ví dụ mạch khuếch đại cơng suất, mạch biến đổi dòng Tiếp đến hệ truyền động học, phần lớn sử dụng truyền bánh răng, đai răng, trục truyền, vít me cấu chấp hành (bàn máy mang phôi, trục gá dao )(H3.5) Đầu hệ truyền động chuyển động máy thực tế theo trục, đáp ứng hệ đầu vào, cho đầu vào ( đại lượng dẫn ) biến đổi, đầu phải theo kịp biến đổi nầy thời gian ngắn Do vậy, muốn xác định đặc tính làm việc hệ thống truyền động Máy, cần phân tích mơ hình thiết lập cho hệ để tìm mối quan hệ đại lượng đầu vào cung cấp đại lượng đầu ( chuyển động thực tế ), qua yếu tố chi phối hoạt động đánh giá chất lượng hoạt động toàn hệ Gọi biến đầu vào hệ u(t) đại lượng thay đổi theo thời gian t Bài toán điều khiển cho biết với đầu vào u(t), ta nhận đáp ứng định hay đầu y(t) • Hệ thống truyền động phân loại toán điều khiển: Giả sử chuyển động tịnh tiến dọc trục thực cách dùng động bước ghép nối tiếp với truyền vít me - đai ốc bi cung cấp chuyển động cho bàn máy mang chi tiết Để có lượng dịch chuyển cần thiết, phải chọn góc bước cho động số bước đơn vị thời gian xác định thông số động học hệ thống truyền động Các thành phần hệ bao gồm động cơ, trục, vít me bàn máy ( H3.6) H3.6: Các thành phần hệ thống truyền động Lượng dịch chuyển bàn máy dễ dàng tìm dựa vào mối quan hệ thông 59 số động học hệ chọn biết, hệ thống vòng hở Tuy nhiên, giá trị thực tế số bước nhận được, tốc độ bước quãng đường dịch chuyển thường khác so với tính tốn Tốc độ đầu phụ thuộc vào tải kéo, khe hở hệ truyền động trễ hiệu đặt vào bàn máy bắt đầu chuyển động… Có thể hiệu chỉnh sai lệch cách chọn động có chất lượng tốt biết nguồn gây sai lệch ảnh hưởng chúng nào, ta thiết kế hiệu chỉnh cho chúng, chẳng hạn biết nguồn nhiễu với tác động đến lượng dịch chuyển cần thiết, ta thêm bớt số bước động để bù trừ Đây toán điều khiển thuận Một phương pháp điều khiển khác dùng hầu hết máy công cụ thay việc xác định số bước cách đo liên tục vi ̣trí thực tế, so sánh với vị trí mong muốn hiệu chỉnh sai lệch Điều nầy có nghĩa vị trí thực tế kiểm tra tín hiệu nhận biết sai lệch, hệ sau có tác động hiệu chỉnh để làm giảm sai lệch nầy Cũng lấy ví dụ cần thực chuyển động tịnh tiến theo trục, sử dụng hệ thống truyền động có phản hồi Nguồn động dùng loại động điện chiều cung cấp chuyển động cần thiết cho bàn máy hay dụng cụ cắt (H3.7) H3.7: Các thành phần hệ thống truyền động có phản hồi Để xác định yếu tố ảnh hưởng đến lượng dịch chuyển bàn máy, cần thiết lập mơ hình hệ • Các mơ hình thành phần hệ + Hệ bậc : Đầu hệ vị trí góc trục động θ hay tốc độ góc ω rad/s 60 đầu vào hiệu Vi(t) Ở động cơ, hiệu đặt vào Vi(t) cung cấp dòng điện ia(t) qua cuộn dây quấn phần ứng từ trường Momen sinh tỉ lệ với dòng theo biểu thức: M1 = km i a (3.11) km : số momen động Bỏ qua ma sát, toàn momen dùng để kéo trục động mang tải, mơ tả hoạt động động sau kmia(t) = J dω dt (3.12) với J: momen quán tính động với trục mang tải Mạch điện bên động có thành phần (như khảo sát Chương 1): Eb = keω (3.13) Eb sức phản điện Coi điện áp rơi cuộn cảm bé so với điện áp điện trở Ra, ta viết: Vi- Eb = iaRa (3.14) Giải (3.14) để tìm ia thay ia với (3.13) vào (3.12): V JR a dω +ω = i ke k m k e dt (3.15) Phương trình phương trình vi phân bậc biểu thị quan hệ hiệu cấp cho động Vi tốc độ đầu động ω Nhận xét hệ số số hạng JR a kmke − thành phần số số hạng số − đơn vị hệ số nầy thời gian, ̣( giây đơn vị ω rad/giây) − số hạng nầy gọị số thời gian, T , hệ Mơ hình động biểu thị dạng tổng quát: T cVi dω + ω = ke dt (3.16) Ở trạng thái xác lập ( khơng có thay đổi chuyển động hay thay đổi hiệu), ta có: cVi dω = ω = ωss = ke dt c gọi hệ số khuếch đại động Kết nầy đáp ứng xác lập 61 mơ hình đầu vào dạng nấc Điểm ý đáp ứng hệ phụ thuộc vào hệ số c động số thời gian hệ T Khi mô tả hoạt động hệ thống, thường xử dụng đặc tính đáp ứng nấc-đáp ứng đầu vào nấc hay nói cách khác biến đầu vào hệ thay đổi nhanh từ giá trị cố định nầy sang giá trị cố định khác Ứng dụng đáp ứng nấc cho mơ hình động để − xác định giá trị hệ số khuếch đại đầu ( hệ số khuếch đại tĩnh) − đánh giá biến đổi đầu trước hệ tiến đến trạng thái xác lập (đáp ứng độ) Với đầu vào nấc từ → thời điểm t= ; điều kiện đầu tốc độ góc ω = 0, đáp ứng lý thuyết động lời giải phương trình vi phân bậc mơ hình động : T cVi dω + ω = ; Vi = t< 0; Vi = t≥ ke dt Kết nhận được: t − ⎞ ⎛ ⎜1 − e T ⎟ ω = ωss ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Cũng trình bày kết theo tỉ lệ tốc độ (3.17) (3.18) ω( t ) Thời gian tính theo đơn vị ωss số thời gian T Lời giải phương trình mơ tả mơ hình cịn dùng để phân tích cho số trường hợp cần thiết, ví dụ muốn đánh giá đáp ứng động đầu vào chịu kích thích hình sin tần số đó… Phương trình (3.17) đặc trưng cho hệ khảo sát phương trình vi phân bậc có đầu vào-một đầu với giả thiết đáp ứng thành phần khơng có trễ Một cách tổng quát, hệ nầy gọi hệ bậc + Hệ bậc hai: Hệ thống truyền động Máy gồm động cơ, thành phần truyền động với cấu chấp hành bàn máy hay trục dụng cụ (H3.8 )̣ Cấu trúc thu gọn hệ thống truyền động có phản hồi H3.9 Vị trí bàn máy phải đo cách liên tục thông tin nầy dùng để dẫn lệnh chuyển động Hệ thống truyền động quy đổi tính tốn H3.10, đó: b: hệ số ma sát tương đương ktđ : độ cứng tương đương hệ 62 Tín hiệu điều khiển Hộp giảm tốc Động θo θi Tải Trục truyền H3.8: Mơ hình hệ thống truyền động Bộ so sánh Tín hiệu chuẩn sai lệch tốc độ Bộ điều khiển + KĐ − Động Bàn máy Hộp giảm tốc Vít dẫn Tốc kế Cảm biến vị trí tốc độ Tín hiệu phản hồi H3.9: Cấu trúc hệ thống truyền động có phản hồi Biến khảo sát vị trí góc trục truyền, θ Vị trí cuối bàn máy đầu hệ θo vị trí cuối động đầu vào hệ θi Momen xoắn cần truyền gây biến dạng trục làm thay đổi chuyển động trục Độ cứng hệ gộp vào trục với độ cứng xoắn tương đương ktđ H3.10: Mơ hình hệ quy đổi Momen xoắn trục Mt = ktđ( θi - θo) (3.19) Hầu hết hệ truyền động thường xử dụng ma sát lăn bề mặt đối tiếp Momen ma sát là: Mms = − b dθ o dt (3.20) b: hệ số ma sát lăn Phương trình cân mô tả chuyển động hệ: & θ J && o = ktđ( θi - θo) - b θ o (3.21) 63 hay && + b θ + k tđ θo = k tđ θi & θo o J J J (3.22) Đây phương trình đặc trưng mơ hình hệ cho biết mối quan hệ đầu θo đầu vào θi - (3.22) có dạng phương trình vi phân tuyến tính bậc hai Phương trình cuối thường viết lại dùng số hạng mô tả chất vật lý hệ && + 2ξωn θ + ω θo = g ω θi & θo o n n (3.23) với tần số riêng không cản hệ ωn Ảnh hưởng yếu tố ma sát mô tả giá trị ξ, hay tỉ số cản Hệ số khuếch đại g, tần số riêng ωn tỉ số cản ξ đặc trưng cho hoạt động hệ thống khảo sát Một cách tổng quát, hệ nầy gọi hệ bậc hai Lời giải phương trình (3.23) cho biết hoạt động hệ miền thời gian Ngoài ra, dựa vào lời giải, phân tích đặc tính dao động hệ nhiều trường hợp ứng dụng cụ thể Đối với hệ thống truyền động máy cơng cụ nói chung máy CNC nói riêng, thành phần truyền động thường sử dụng cặp truyền động bánh răng, truyền động đai, ly hợp, khớp nối , chúng có yêu cầu cao độ cứng, độ bền mịn tính chịu nhiệt, yếu tố đặc trưng thành phần độ cứng Độ cứng thành phần truyền động đánh giá qua chuyển vị (chuyển vị dài chuyển vị góc) Tuỳ theo thành phần hệ ghép nối tiếp hay song song, độ cứng tương đương hệ truyền động tính tốn khác ghép nối tiếp k1 k2 1 = + k k1 k k1 k= k1+k2 ghép song song k2 H3.11 : Mơ hình thành phần truyền động 3.3.1 : Đặc điểm tính tốn Độ cứng thành phần truyền động thường gặp : 64 Trục : Độ cứng trục có tiết diện trịn : k= Gπd Nm [ /rad] 32l (3.24) d : đường kính trục; l : chiều dài trục; G : mô đun đàn hồi chống xoắn G ≅ 7,5×1010 N/m2 thép ≅ 2,5×1010 N/m2 nhôm Bánh : Giả sử bánh chủ động đủ cứng, độ cứng bánh bị động : k = Cgbr2 [Nm/rad] (3.25) b : bề rộng ; r : bán kính vịng chia bánh bị động ; Cg : hệ số tiếp xúc bề mặt răng; Cg ≅ 1,34 ×1010 N/m2 thép Độ cứng trục hệ truyền động M1 J1 k1 I x k2 x Ta có : M1 = k1 δ1 M2 = k2 δ N J2 II M2 δ1 , δ chuyển vị góc trục I H3.12 : Hệ truyền động trục II, tương ứng M2 = NM1 δ1 δ2 = N N>1: tỉ số truyền hộp giảm tốc Do vậy: k2 = M NM = = N k1 δ2 δ1 N (3.26) Ví dụ : Cho k1 = 500 Nm/rad , truyền bánh có tỉ số truyền giảm tốc N=10 Bánh bị động có độ cứng kbr = 5000Nm/rad Tìm độ cứng hệ Giải : 65 ... 3000 = = 40 ; RB= = 2 ,5 1200 n 40 lg R lg 40 = =4 Số cấp tốc độ hộp tốc độ : q = lg R B lg 2 ,5 Các phạm vi điều chỉnh R= Hệ số k = RB q −1 R 40 = ≈1 R B 2 ,5 2 ,5 Do ϕ = kRB = 2 ,5 Hộp tốc độ có PAKG... H3.1: Máy phay điều khiển chương trình số PC Mill 155 3.2 Phân tích đặc điểm động học hệ thống truyền động Máy cơng cụ ĐKS Ngồi nhiệm vụ truyền cơng suất cắt gọt hay công suất chạy dao cần thiết,.. .Chương Máy cơng cụ ĐKS- Phân tích động học kết cấu 3.1 Cấu trúc tổng thể Máy cơng cụ ĐKS Các Máy cơng cụ ĐKS có bố cục tương tự máy công cụ truyền thống, trừ số trường