Các hệ thống biến đổi các lệnh từ NC thành các chuyển động máy được chỉ ra trong hình 2. Hình 2.a mô tả cơ cấu điều khiển động cơ servo và bộ truyền động. Động cơ servo, bắt nguồn từ “servue” của tiếng Latin, là thiết bị thực hiện chính xác yêu cầu đã cho. Các lệnh từ NC làm quay động cơ servo, động cơ servo quay được truyền đến vít me bi thông qua khớp nối, vít me bi quay tạo thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc, và cuối cùng bàn máy và phôi...
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC
1. Kiến trúc của máy công cụ CNC và lưu đồ vận hành gia công:
Hình 1. Kiến trúc của máy công cụ CNC và lưu đồ vận hành gia công
2. Các thành phần trong hệ thống truyền động máy CNC
Các hệ thống biến đổi các lệnh từ NC thành các chuyển động máy được chỉ ra
trong hình 2. Hình 2.a mô tả cơ cấu điều khiển động cơ servo và bộ truyền động.
Động cơ servo, bắt nguồn từ “servue” của tiếng Latin, là thiết bị thực hiện chính xác
yêu cầu đã cho. Các lệnh từ NC làm quay động cơ servo, động cơ servo quay được
truyền đến vít me bi thông qua khớp nối, vít me bi quay tạo thành chuyển động tịnh
tiến của đai ốc, và cuối cùng bàn máy và phôi cùng chuyển động tịnh tiến. Nói tóm
lại, cơ cấu điều khiển động cơ servo điều khiển vận tốc và moment xoắn của bàn
máy thông qua thiết bị điều khiển động cơ servo của mỗi trục dựa trên các lệnh điều
khiển từ NC.
Hình 2. Cơ cấu điều khiển của máy công cụ
Hình 2.b miêu tả đơn vị trục chính bao gồm trục động cơ và bộ phần truyền động.
Động cơ quay truyền qua trục chính đến trục chính thông qua dây đai và tỉ số vận
tốc phụ thuộc vào tỉ lệ kích cở của 2 puly. Gần đây, các động cơ cảm ứng đ ược s ử
dụng như động cơ trục chính của các máy công cụ bởi vì động cơ cảm ứng tốt hơn
động cơ DC về mặt kích cở, khối lượng, quán tính, hiệu suất, tốc độ, và việc bảo trì.
3. Các vòng điều khiển CNC
Vị trí và vận tốc được dò từ 1 cảm biến được phản hồi về 1 mạch điện điều
khiển, động cơ servo sử dụng trong máy CNC điều khiển liên tục để cực tiểu hóa sai
số vận tốc và sai số vị trí (hình 3). Hệ thống điều khiển phản hồi bao gồm 3 vòng
điều khiển độc lập cho mỗi trục của máy công cụ, vòng điều khiển phía ngoài cùng
là vòng điều khiển vị trí, vòng điều khiển ở giữa là điều khiển tốc độ, vòng điều
khiển trong cùng là vòng điều khiển hiện hành. Nói chung, vòng điều khiển vị trí
được đặt trong NC và các vòng điều khiển khác thì đặc trong thiết bị điều khiển
động cơ servo. Tuy nhiên, không có tiêu chuẩn tuyệt đối về vị trí các vòng điều khiển
và các vị trí có thể khác nhau dựa trên ý định của người thiết kế.
Hình 3. 3 loại vòng điều khiển trong máy CNC
Trong hệ thống trục quay của máy công cụ, điều khiển phản hồi của tốc độ được
áp dụng để duy trì tốc độ quay ổn định.
Bộ dò được gắn trên trục của động cơ servo hoặc phần chuyển động và hệ thống
điều khiển được phân thành 4 loại theo vị trí mà bộ dò được gắn.
3.1. Vòng điều khiển nửa kín
Vòng điều khiển nửa kín là cơ cấu điều khiển phổ biến và có cấu trúc như trong
hình 4.a. Trong loại này, vị trí bộ dò được gắn trên trục của động cơ servo và dò theo
góc quay. Độ chính xác vị trí của trục bị ảnh hưởng lớn đến sự chính xác của trục ví
me bi. Vì lý do này, các vít me bi với độ chính xác cao đ ược phát tri ển và đ ược s ử
dụng rộng rãi. Dựa vào độ chính xác của vít me bi, vấn đề với đ ộ chính xác đ ược
khắc phục thông qua thực tiển sản xuất.
Nếu cần thiết, bù về sai số ăn khớp và bù về sai số khe hở có thể được sử dụng
trong NC để mà tăng độ chính xác vị trí. Phương pháp bù sai số ăn khớp hiệu chỉnh hệ
thống điều khiển động cơ servo để mà loại bỏ sự tích lũy về sai số vị trí. Phương
pháp bù khe hở, bất cứ khi nào hướng di chuyển bị thay đổi, các xung thêm vào tương
ứng lượng khe hở được gởi tới hệ thống điều khiển động cơ servo.
Hình 4. Phân loại cơ cấu điều khiển theo phương pháp dò dữ liệu vị trí
3.2. Vòng điều khiển kín
Việc thực thi vòng nửa kín phụ thuộc vào độ chính xác của vít me bi và có th ể
tăng độ chính xác vị trí thông qua bù ăn khớp và bù khe hở. Tuy nhiên, nói chung,
lượng khe hở có thể bị thay đổi theo khối lượng của phôi và vị trí và sai s ố ăn kh ớp
tích lũy của vít me bi thay đổi theo nhiệt độ. Ngoài ra, bởi vì chiều dài c ủa vít me b ị
giới hạn cho nhiều lý do thực tế, 1 cái giá và 1 hệ thống điều khiển bánh răng đ ược
sử dụng máy công cụ dạng lớn. Tuy nhiên, độ chính xác của giá thì bị giới hạn. Trong
trường hợp này, vòng điều khiển kín được chỉ ra trong hình 4.b thì được áp dụng.
Trong vòng điều khiển kín, vị trí máy dò được gắn trên bàn máy và sai số vị trí thật sự
được phản hồi về hệ thống điều khiển. Vòng điều khiển kín và nửa kín thì giống
nhau ngoại trừ vị trí của đầu dò, và độ chính xác vị trí của vòng kín thì rất cao. Tuy
nhiên, tần số cộng hưởng của thân máy, sự tiến gián đoạn, sự mất chuyển động có
ảnh hưởng đến đặc tính động cơ servo bởi vì thân máy bao gồm vòng điều khiển vị
trí.
Sự khác biệt giữa vị trí điều khiển và vị trí dò tìm xuất hiện và động cơ servo
quay với vận tốc tương ứng để giảm sai số xuống. Việc giảm tốc độ liên quan đ ến
độ lợi của vòng điều khiển vị trí. Độ lợi là yếu tố quan trọng để xác định đặc tính
của hệ thống động cơ servo. Nói chung, khi độ lợi tăng, tốc độ đáp ứng và đ ộ chính
xác động tăng. Tuy nhiên, độ lợi cao làm cho hệ thống servo mất ổn định. Trong vòng
điều khiển kín, nếu tần số cộng hưởng của hệ thống điều khiển máy không đ ủ l ớn
hơn độ lợi, hệ thống vòng điều khiển trở nên mất ổn định. Vì vậy, cần thiết để tăng
tần số cộng hưởng của hệ thống điều khiển máy, và vì điều này, cần thiết đ ể tăng
độ cứng vững của máy, giảm hệ số ma sát bề mặt, và loại bỏ nguyên nhân làm mất
chuyển động.
3.3. Vòng điều khiển hổn hợp
Trong vòng điều khiển kín, cần thiết để giảm độ lợi xuống thấp khi gặp khó khăn
để tăng độ cứng vững cân xứng đến trọng lượng của đối tượng chuyển động hoặc
giảm sự mất chuyển động trong trường hợp máy nặng. Nếu độ lợi quá thấp, mặc dù
sự thực thi trở nên kém đi đặc biệt đối với thời gian đạt vị trí và độ chính xác. Trong
trường hợp này, vòng điều khiển hổn hợp được chỉ ra trong hình 4.c được sử dụng.
Trong điều khiển hổn hợp, có hai loại vòng điều khiển: vòng điều khiển nửa kín
và vòng điều khiển kín. Điều khiển nửa kín khi vị trí được dò từ trục của động cơ, và
điều khiển vòng kín, dựa trên tỉ lệ tuyến tính. Trong vòng điều khiển nửa kín, có thể
điều khiển độ lợi cao bởi vì máy không bao gồm trong hệ thống điều khiển. Vòng
điều khiển kín tăng độ chính xác bởi sự bù sai số mà vòng điều khiển nửa kín không
điều khiển. Bởi vì vòng điều khiển kín được sử dụng cho bù sai số vị trí, nó thích
ứng tốt trong trường hợp độ lợi thấp. Bởi sự kết hợp vòng điều khiển kín và điều
khiển nửa kín, có thể đạt được độ chính xác cao với độ lợi cao trong trường hợp điều
kiện máy kém.
3.4. Vòng điều hở
Không giống như các vòng điều khiển đã đề cặp bên trên, vòng điều khiển hở
không có phản hồi (hình 5). Vòng điều khiển hở được áp dụng trong tr ường hợp đ ộ
chính xác của điều khiển không cao và sử dụng động cơ bước. Bởi vì điều khiển hở
không cần một máy dò và mạch điện phản hồi, nên cấu trúc rất đơn giản. Vì vậy, độ
chính xác của hệ thống thì ảnh hưởng trực tiếp bởi độ chính xác của động cơ bước,
vít me bi, và bộ phận truyền động.
Hình 5. Vòng điều khiển hở
4. Các thành phần của hệ thống điều khiển số CNC
Hình 6. Cấu trúc của CNC
Hình 7. Hoạt động bên trong của hệ thống CNC
Theo quan điểm về chức năng, hệ thống CNC bao gồm đơn vị MMI, đơn vị NCK,
đơn vị PLC, được trình bày trong hình 6. MMI (đơn giao tiếp người – máy), cung cấp
giao diện giữa NC và người sử dụng, thực hiện điều khiển hoạt động của máy, hiển
thị tình trạng máy, cung cấp các chức năng cho hiệu chỉnh chương trình và truyền
thông. NCK (đơn vị điều khiển trung tâm), được xem như là cái lõi của hệ thống
CNC, biên dịch phần chương trình và thực thi việc nội suy, điều khiển vị trí, và bù sai
số dựa trên phần chương trình được biên dịch. Cuối cùng, NCK điều khiển hệ thống
servo và gia công phôi. PLC (bộ điều khiển logic lập trình được) điều khiển sự thay
đổi dao cụ, tốc độ trục chính, thay đổi phôi, tín hiệu xử lý vào/ra và đóng vai trò điều
khiển hành vi của máy ngoài trừ điều khiển động cơ servo.
Thứ tự hoạt động bên trong của hệ thống CNC được thể hiện trên hình 7.
Hình 8 chỉ ra khái niệm cấu trúc của máy CNC theo quan điểm phần cứng và phần
mềm.
Hình 8. Các thành phần của hệ thống CNC
Theo quan điểm phần cứng, máy công cụ CNC bao gồm hệ thống điều khiển số,
hệ thống điều khiển động cơ và máy công cụ. Tín hiệu ra của vị trí điều khiển được
gởi đến hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống điều khiển động cơ vận hành đ ộng
cơ servo bởi điều khiển vận tốc và điều khiển moment, và cuối cùng, động cơ servo
làm di chuyển phần chuyển động thông qua bộ phận truyền động. Trong hệ thống
CNC, các modun xử lý các chức năng của đơn vị MMI, đơn vị NCK, đơn vị PLC bao
gồm bộ xử lý chính, hệ thống ROM và hệ thống RAM, lưu trữ tương ứng các trình
ứng dụng, phần chương trình gia công và chương trình PLC. Modun xử lý thì đ ược
kết nối với một giao diện được gắn các phím tín hiệu vào, hiển thị điều khiển, tín
hiệu đầu vào bên ngoài và hệ thống bus truyền dữ liệu. Vì vậy, kiến trúc của hệ
thống CNC thì tương tự máy tính đa xử lý. Hệ thống CNC có một thiết bị tương
tự/số tín hiệu vào/tín hiệu ra cho việc truyền thông trực tiếp với các máy bên ngoài và
giao diện truyền thông được kết nối thiết bị điều khiển động cơ.
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
