Nghiên cứu thiết kế chế tạo các bộ điều khiển số CNC thông minh và chuyên dụng cho các hệ thống và quá trình phức tạp

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:287

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các nước phát triển trên thế giới, sự đột phá về khoa học kỹ thuật đã giúp họ tìm ra những kỹ thuật tiên tiến áp dụng trong sản xuất, chế tạo. Nhằm tạo ra những công cụ giảm sức lao động của con người mà năng suất, hiệu quả kinh tế đạt ở mức độ cao. Trong ngành chế tạo máy thì không ngừng đổi mới những tính năng của các máy, quá trình tự động hoá, các phần mềm ứng dụng tin học được đưa vào ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thiết kế chế tạo các bộ điều khiển số CNC thông minh và chuyên dụng cho các hệ thống và quá trình phức tạp

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA CHÖÔNG TRÌNH KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA KC.03 ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC CAÁP NHAØ NÖÔÙC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIEÂN CÖÙU THIEÁT KEÁ CHEÁ TAÏO CAÙC BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN SOÁ (CNC) THOÂNG MINH VAØ CHUYEÂN DUÏNG CHO CAÙC HEÄ THOÁNG VAØ QUAÙ TRÌNH PHÖÙC TAÏP MAÕ SOÁ KC.03.12 Chuû nhieäm ñeà taøi: TS . Thaùi Thò Thu Haø 6294 06/02/2006 TP.HCM, thaùng 1-2006
DANH SAÙCH TAÙC GIAÛ CUÛA ÑEÀ TAØI KH&CN CAÁP NHAØ NÖÔÙC 1. Teân ñeà taøi: Nghieân cöùu, thieát keá, cheá taïo caùc boä ñieàu khieån soá (CNC) thoâng minh vaø chuyeân duøng cho caùc heä thoáng vaø quaù trình phöùc taïp. Maõ soá : KC-03-12 . 2. Thuoäc chöông trình : Chöông trình khoa hoïc coâng ngheä töï ñoäng hoùa KC. 03 3. Thôøi gian thöïc hieän: 10/2001-12/2005. 4. Cô quan chuû trì: Tröôøng Ñaïi hoïc baùch Khoa - Ñaïi hoïc quoác Gia TP.HCM. 5. Boä chuû quaûn : Ñaïi hoïc quoác Gia TP.HCM. 6. Danh saùch taùc giaû: TT HOÏ VAØ TEÂN CHÖÙC DANH CHÖÕ KYÙ 1. Thaùi Thò Thu Haø GVC.Tieán só Chuû nhieäm Ñeà taøi 2. Ñaëng Thaønh Trung Thaïc só 3. Hoà Minh Ñaïo Thaïc só 4. Hoaøng Lanh GV.Kyõ sö 5. Ñaëng Vaên Nghìn Phoù Giaùo sö, Tieán só 6. Nguyeãn Minh Tuaán Thaïc syõ 7. Phan vaên Khaùnh Kyõ sö 8. Voõ Anh Huy Kyõ sö 9. Hoà thanh Taâm Kyõ sö 10. Lyù Taán Huy Kyõ sö 11. Ñaëng Ngoïc Quy Kyõ sö 12. Traàn Nguyeân Duy Phöông Thaïc só Ñang laøm tieán só taïi Canada 13. Traàn Tuaán Ñaït Kyõ sö Ñang laøm thaïc syõ taõi Ñöùc 14. Nguyeãn Vaên Giaùp GVC.Tieán só i
15. Toân Thieän Phöông Thaïc syõ 16. Töø Dieäp Coâng Thaønh Tieán syõ 17. Buøi Quang Ñöôïc Kyõ sö 18. Toâ Hoaøng Minh Kyõ sö Ñang laøm tieán só taïi Haøn Quoác Chuø nhieäm ñeà taøi Tp.Hoà Chí Minh 26/12/2005 Thuû tröôøng cô quan chuû trì Ñeà taøi TS.Thaùi Thò Thu haø i
BAÛNG CHUÙ GIAÛI CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT NGUYEÂN GOÁC CHÖÕ VIEÁT TAÉT -Intelligent Machining Systems IMS -Open architecture controller OAC - Numerical Control Markup Language NCML - Numerical Control NC - Adaptive contronl with optimisation ACO - Adaptive control with constraints ACC - Open System Architecture for Controls within Automation systems OSACA - Open System Environment for Controllers OSEC - Open Modular Architecture Controller OMAC - Computer Numerical control CNC - Automatic Programming Tool APT - Computer- Aided Manufacturing CAM - Computer-Aided Design CAD - Personal Compute PC - National Instruments NI - Programmable Logic Controller PLC - Application Programming Intreface API - Dynamic Link Lidraries DLL - Recursive least square RLS - Digital Differential Analyse DDA - Measurement & Automation Explorer MAX - Open Modular Architecture Controller) OMAC - Analog to digital converters A/D - Digital to analog converters D/A xiv
MUÏC LUÏC Danh saùch nhöõng ngöôøi thöïc hieän ñeà taøi i Giôùi thieäu toùm taét ñeà taøi ii Muïc luïc v Baûng chuù thích caùc chöõ vieát taét Chöông 1:BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN MAÙY PHAY CNC THOÂNG MINH 1 1.1 Toång quan 1 1.1.1 Giôùi thieäu ñeà taøi nghieân cöùu 1 1.1.2 Tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc 1 1.1.3 Nhaän xeùt 6 1.1.4 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu 6 1.2 Caáu truùc cuûa maùy phay cnc thoâng minh 7 1.2.1 Sô ñoà caáu truùc maùy phay CNC thoâng minh 7 1.2.2 Sô ñoà boä ñieàu khieån thoâng minh 10 1.3 Maùy phay vaø phaàn meàm ñieàu khieån 10 1.3.1 Giôùi thieäu chung 10 1.3.2 Sô ñoà ñieàu khieån cuûa maùy ñaõ thöc hieän 12 1.3.3 Giôùi thieäu caùc phaàn töû cuûa heä thoáng 13 1.3.3.1 Giôùi thieäu phaàn cô cuûa maùy 13 1.3.3.2 Giôùi thieäu caùc motor vaø driver fanuc 14 1.3.3.3 Giôùi thieäu bieán taàn fuji FRENIC 5000G 15 1.3.3.4 Giôùi thieäu PLC MITSUBISHI FX1S 16 1.3.3.5 Giôùi thieäu baøn phím vaø baûng ñieàu khieån 18 1.3.3.6 Giôùi thieäu PCL-812 20 1.3.3.7 Giôùi thieäu PXI 7344 ( Hwardwase ) 21 1.3.3.8 Moät soá caùc ñaëc tính quan troïng cuûa card 7344 22 1.3.3.9 Keát noái heä thoáng ñieän 25 1.3.4 Phaàn meàm ñieàu khieån 28 v
1.3.4.1 Giôùi thieäu chung 28 1.3.4.2 Giao dieän vaø caùch giao tieáp 29 1.3.4.3 Phaàn meàm ñieàu khieån maùy cnc 32 1.4 Boä ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 33 1.4.1 Khaùi nieäm veà ñieàu khieån thích nghi 33 1.4.2 Caùc khaùi nieäm veà ñieàu khieån thích nghi 35 1.4.2.1 Heä thoáng ñieàu khieån beàn vöõng ñoä khuyeách ñaïi lôùn 35 1.4.2.2 Heä thoáng thích nghi töï dao ñoäng 36 1.4.2.3 Boä ñieàu khieån thích nghi khueách ñaïi choïn loïc 36 1.4.2.4 Boä ñieàu khieån thích nghi moâ hình tham chieáu (Model Reference adaptive system - MRAS) 37 1.4.2.5 Boä töï ñieàu chænh (Self-tuning Regulators- STRs) 37 1.4.4.6 Ñieàu khieån thích nghi coù raøng buoäc ACC 38 1.4.4.7 Ñieàu khieån thích nghi toái öu ACO 38 1.4.3 Xaùc ñònh thoâng soá cho quaù trình ñieàu khieån thích nghi 38 1.4.3.1 Löïc keá Kistler 41 1.4.3.2 Löïc keá döïa treân nguyeân taéc ño bieán daïng baèng strain gage 41 1.4.3.3 Khaùi quaùt veà phaàn meàm DASYLab (Haõng National Instrument) 44 1.4.4 Thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 45 1.4.4.1 Ñoäng hoïc quaù trình phay 45 1.4.4.2 Thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 48 1.4.4.3 ÖÙng duïng ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 52 1.4.4.4 Phaàn meàm ñieàu khieån thích nghi 54 1.4.5 Thöïc nghieäm 54 1.5 Ñieàu khieån quaù trình phay duøng maïng neural 59 1.5.1 Giôùi thieäu 1.5.1.1 Maïng daãn tieán moät lôùp 60 1.5.1.2 Maïng daãn tieán nhieàu lôùp 61 vi
1.5.1.3 Maïng hoài quy 61 1.5.2 Caùc haøm f(.) thöôøng duøng 62 1.5.3 Quaù trình huaán luyeän(Training) 63 1.5.4 Giaûi Thuaät Back-Propagation 64 1.5.5 Thöïc nghieäm 73 1.5.5.1 Huaán luyeän maïng 73 1.5.5.2 Xaùc ñònh troïng soá 76 1.5.5.3 Xaùc ñònh maïng Neural cho quaù trình ñieàu khieån 76 1.5.5.4 Tieán haønh gia coâng vôùi quaù trình ñieàu khieån Neural 77 1.6 Optimal milling 79 1.6.1 Ñaët vaán ñeà 79 1.6.2 Sô ñoà maïch ñieän 80 1.7 Keát luaän 83 Chöông 2: MOÂ HÌNH ÑIEÀU KHIEÅN COÙ CAÁU TRUÙC MÔÛ. 85 2.1 Toång quan 85 2.1.1 Giôùi thieäu veà boä ñieàu khieån coù caáu truùc môû 85 2.1.2 Tình hình nghieân cöùu treân theá giôùi vaø trong nöôùc 90 2.1.3 Nhaän xeùt ñaùnh giaù 92 2.1.4 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu cuûa ñeà taøi 92 2.2 Phaàn cöùng cuûa moâ hình toång quaùt 93 2.2.1 Sô ñoà nguyeân lyù vaø ñieàu khieån 93 2.2.2 Giôùi thieäu caùc thaønh phaàn cô baûn cuûa boä ñieàu khieån 96 2.3 Phaàn meàm ñieàu khieån 103 2.3.1 Caáu truùc file chöông trình CAD/CAM 103 2.3.2 Phaàn meàm ñieàu khieån 103 2.4 Keát quaû nghieân cöùu thöïc nghieäm 104 2.4.1 Moâ hình thí nghieäm 104 2.4.2 Maãu thí nghieäm 105 2.4.3 Caùc thoâng soá thí nghieäm 106 vii
2.4.4 Keát quaû 106 2.5 Keát luaän 107 Chöông 3: NGHIEÂN CÖÙU THIEÁT KEÁ VAØ CHEÁ TAÏO HEXAPOD 108 3.1 Toång quan veà hexapod 108 3.1.1 Nguyeân lyù Stewart 108 3.1.2 Tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc 110 3.1.3 Nhaän xeùt 114 3.1.4 Muïc ñích nghieân cöùu 114 3.2 Caùc baøi toaùn khi thieát keá hexapod 115 3.2.1 Baøi toaùn phaân tích vò trí 115 3.2.1.1 Xaùc ñònh baäc töï do cuûa cô caáu 115 3.2.1.2 Heä toaï ñoä töông ñoái ( Xem phuï luïc 3.1) 116 3.2.1.3 Moâ taû hình hoïc cuûa cô caáu hexapod( Xem phuï luïc 3.2) 116 3.2.2 Phaân tích jacobian vaø löïc tónh 116 3.2.2.1 Ma traän jacobian 116 3.2.2.2 Xaùc ñònh ma traän jacobian 117 3.2.2.3 Phaân tích löïc 118 3.2.3 Baøi toaùn ñoäng hoïc cuûa hexapod 121 3.2.3.1 Baøi toaùn ñoäng hoïc ngöôïc 122 3.2.3.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän 123 3.2.3.3 Thuaät toaùn Newton_Rapshon giaûi gaàn ñuùng heä phöông trình phi tuyeán 124 3.2.4 Phaân tích ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc 127 3.2.4.1. Ñoäng hoïc 127 3.2.4.2 Ñoäng löïc hoïc 134 3.3 Phaàn meàm moâ phoûng 138 3.3.1 Chöông trình moâ phoûng 138 3.3.2 Chöông trình veõ khoâng gian hoaït ñoäng 143 viii
3.4 Thieát keá vaø cheá taïoheä thoáng cô cuûa hexapod 147 3.4.1 Thieát keá vaø tính toaùn caùc chi tieát cô baûn cuûa hexapod 147 3.4.2 ÖÙng duïng Ansys ñeå kieåm tra kích thöôùc caùc phaàn cô cuûa hexapod 147 3.5 Thieát keá boä ñieàu khieån hexapod 151 3.5.1 Noäi suy 151 3.5.1.1 Caùc daïng noäi suy 152 3.5.1.2 Caùc giaûi thuaät noäi suy cho caùc leänh cô baûn cuûa phay CNC 152 3.5.2 Moät soá giaûi thuaät laäp trình gia coâng cho hexapod 152 3.5.2.1 Laäp trình baèng tay vaø ñoïc maõ leänh G code trong tröôøng hôïp phay 2D 152 3.5.2.2 Giaûi thuaät ñoïc file cl file 154 3.5.3 Ñoïc maõ leänh G codes töông öùng vôùi maùy phay 5 truïc 155 3.6 Boä ñieàu khieån cho hexapod 156 3.6.1 Sô ñoà ñieàu khieån chung 156 3.6.2 Giaûi thuaät ñieàu khieån song song 157 3.6.3 Heä thoáng SERVO 170 3.6.4 Maïch ñieàu khieån sensor 175 3.7 Thöïc nghieäm 178 3.8 Keát luaän 182 Chöông 4: HEÄ THOÁNG ÑÒNH LÖÔÏNG NHIEÀU THAØNH PHAÀN 183 4.1 Toång quan 183 4.1.1 Giôùi thieäu chung 183 4.1.2 Toång quan tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc 183 4.1.3 Nhaän xeùt 185 4.1.4 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu 185 4.2 Thieát keá phaàn cô cuûa heä thoáng ñònh löôïng töï ñoäng 186 ix
4.2.1 Phaân tích choïn phöông aùn thieát keá 186 4.2.1.1 Ñaëc tính vaät lieäu 186 4.2.1.2 Choïn nguyeân lyù 186 4.2.2 Löïa choïn loadcell 192 4.2.3 Thieát keá thuøng chöùa vaø pheãu caáp lieäu 194 4.2.3.1 Caùc daïng doøng chaûy vaät lieäu 194 4.2.3.2 Moät soá phöông aùn löïa choïn hình daùng thuøng chöùa 196 4.2.3.3 Thieát keá thuøng chöùa 197 4.2.3.4 Choïn löïa hình daùng thuøng chöùa vaø pheãu trung gian 197 4.2.4 Thieát keá cuïm ñònh löôïng thoâ tinh 199 4.2.5 Thieát keá cuïm caân 202 4.2.5.1 Sô ñoà nguyeân lyù 202 4.2.5.2 Thieát keá pheãu chöùa 203 4.2.5.3 Thieát keá khung caân 205 4.2.6 Thieát keá heä thoáng baûo ñaûm möùc 206 4.3 Thieát keá boä ñieàu khieån 207 4.3.1 Sô ñoà ñieàu khieån chung cuûa maùy 207 4.3.2 Boä chæ thò caân AD-4401 208 4.3.3 Caùc khoái chöùc naêng 4.3.4 Caùc ngoõ giao tieáp 211 4.3.5 Caùc cheá ñoä buø (Compensation) (SQF-03) 211 4.3.6 Moâ taû chu trình caân töï ñoäng 213 4.4 Laäp trình plc melsec fx1s 218 x
4.4.1 Caùc ngoõ vaøo/ra vaø moâ taû phaàn cöùng 218 4.4.1.1 Caùc ngoõ vaøo ra 219 4.4.1.2 Moâ taû phaàn cöùng 220 4.4.2 Chöông trình PLC daïng ladder 221 4.5 Söû duïng maïng rs-485 thieát laäp cheá ñoä caân 222 4.5.1 Sô ñoà noái maïng heä thoáng 222 4.5.2 Caùc leänh truyeàn cho boä chæ thò caân AD_4401 223 4.5.3 Laäp trình giao tieáp vôùi maùy tính 225 4.5.4 Caøi ñaët phöông thöùc truyeàn thoâng ôû PLC 226 4.5.5 Caøi ñaët treân maùy tính ñeå baøn duøng heä ñieàu haønh Windows 9x 227 4.6 Caùc caùch hieäu chænh vaø vaän haønh 228 4.6.1 Thay ñoåi ñoä môû löôõi gaø 228 4.6.2 Thay ñoåi thoâng soá boä AD-4401 229 4.6.3 Ca líp 229 4.6.4 Vaän haønh 231 4.7 Ñaùnh giaù keát quaû 234 4.8 Keát luaän 237 Chöông 5: CAÛI TIEÁN HEÄ THOÁNG ÑÒNH LÖÔÏNG VÍT 238 5.1 Ñaët vaán ñeà 238 5.2 Choïn phöông aùn ñònh löôïng 238 5.2.1 Caùc ñaëc ñieåm khi ñònh löôïng buloâng-vít-ñai oác 238 5.2.2 Caùc yeâu caàu kyõ thuaät 239 5.2.2.1 Naêng suaát 239 xi
5.2.2.2 Ñoä chính xaùc 239 5.2.2.3 Chaát löôïng saûn phaåm 239 5.2.3 Sô ñoà phöông aùn ñònh löôïng 239 5.2.3.1 Thuøng chöùa 240 5.2.3.2 Giai ñoaïn chuyeån tieáp 240 5.2.3.3 Xích taûi 241 5.2.3.4 Cô caáu chia phoâi 241 5.2.3.5 Maùng rung phaúng coù boä phaän taïo rung baèng ñieän töø 241 5.2.3.6 Maùng rung xoaén 241 5.3 Nguyeân lyù hoaït ñoäng 241 5.4 Heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.1 Yeâu caàu ñoái vôùi heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.2 Ñaëc ñieåm khi thieát keá heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.3 Caùc cô caáu chính cuûa heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.3.1 Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån 244 5.4.3.2 Caùc boä phaän chính cuûa heä thoáng ñieàu khieån 244 5.4.3.3 Sô ñoà nguyeân lyù 246 5.5 Thieát keá heä thoáng ñieän 247 5.5.1 Cô caáu caàn laéc vaø maùng rung chuyeån tieáp 247 5.5.1.1 Löïa choïn caùc caûm bieán 248 5.5.1.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng 249 5.5.2 Cô caáu chia phoâi, maùng rung phaúng vaø maùng rung xoaén 249 5.5.2.1 Yeâu caàu kó thuaät 249 xii
5.5.2.2 Sô ñoà ñieàu khieån 250 5.5.2.3 Löïa choïn caùc caûm bieán 250 2.5.2.4 Nguyeân lyù hoaït ñoäng 251 5.5.3 Caûm bieán khoái löôïng 251 5.5.3.1 Ñoä phaân giaûi 251 5.5.3.2 Thôøi gian ñaùp öùng 252 5.6 Chöông trình ñieàu khieån 253 5.6.1 Sô ñoà ñieàu khieån chung 253 5.6.2 Boä chuyeån ñoåi A/D 254 5.6.2.1 Nguyeân lyù cuûa caùc boä bieán ñoåi A/D 254 5.6.2.2 Yeâu caàu kó thuaät cuûa boä A/D 254 5.6.3 Caùc ñòa chæ noái keát vôùi PLC 256 5.6.3.1 Ñaàu vaøo 256 5.6.3.2 Ñaàu ra 257 5.6.3.3 Löïa choïn caùc thanh ghi 257 5.6.4 Maøn hình got 930 258 5.6.5 Chöông trình ñieàu khieån 260 5.6.5.1 Löu ñoà ñieàu khieån 260 5.6.5.2 Chöông trình ñieàu khieån 261 5.7 Thöïc nghieäm 263 5.8 Keát luaän 263 Chöông 6: KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ 264 xiii
LÔØI NOÙI ÑAÀU Boä ñieàu khieån thoâng minh coù yù nghóa quan troïng trong töï ñoäng hoùa vaø quaù trình saûn xuaát hieän ñaïi. Taàm quan troïng naøy ñöôïc theå hieän qua moät soá coâng trình cuûa Fritschow, Wright vaø James. Ngay töø naêm 1993, GS Fritschow ñaõ khaúng ñònh boä ñieàu khieån thoâng minh treân neàn taûng cuûa boä ñieàu khieån caáu truùc môû seõ laøm thay ñoåi ngaønh coâng nghieäp cheá taïo maùy coâng cuï trong töông lai. Trong cuoán saùch Saûn xuaát ôû theá kyû 21 , Wright ñaõ neâu xu theá phaùt trieån cuûa cheá taïo maùy veà maùy thoâng minh vaø taàm quan troïng cuûa noù. Trong chieán löôïc phaùt trieån cheá taïo maùy ôû Chaâu AÂu giai ñoaïn 2015 – 2020 ñaõ coù nhöõng döï aùn sau ñaây: - Heä thoáng caáu truùc môû ñeå ñieàu khieån thoâng minh maùy CNC. - Boä ñieàu khieån caáu truùc môû. - Giaùm saùt tröïc tuyeán thoâng minh vaø ñieàu khieån thích nghi. Naêm 2002, trong döï baùo töông lai cuûa ngaønh cheá taïo maùy Jordan James cuõng nhaán maïnh vai troø cuûa boä ñieàu khieån caáu truùc môû. Chính vì tính caáp thieát cuûa boä ñieàu khieån thoâng minh nhö vaäy cho neân trong chöông trình nghieân cöùu troïng ñieåm cuûa nhaø nöôùc veà töï ñoäng hoùa giai ñoaïn 2001 – 2005 coù nhieäm vuï cuûa ñeà taøi KC.03.12 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ (CNC) THÔNG MINH VÀ CHUYÊN DỤNG CHO CÁC HỆ THỐNG VÀ QUÁ TRÌNH PHỨC TẠP. Saûn phaåm nghieân cöùu cuûa ñeà taøi KC.03.12 bao goàm: - Maùy phay CNC 3 truïc vôùi boä ñieàu khieån thoâng minh. - Moâ hình ñieàu khieån toång quaùt. - Moâ hình Hexapod. - Heä thoáng ñònh löôïng nhieàu thaønh phaàn. - Boä ñieàu khieån caûi tieán heä thoáng ñònh löôïng vít. Ñeå thöïc hieän caùc saûn phaåm naøy, chuùng toâi phaûi trieån khai thieát keá cheá taïo phaàn cöùng cuõng nhö xaây döïng boä ñieàu khieån vaø caùc chöông trình phaàn meàm ñieàu khieån ii
caùc thieát bò töông öùng. Maët khaùc, nhöõng saûn phaåm naøy cuõng khaùc bieät nhau veà coâng duïng, cho neân ñeå thöïc hieän caùc nhieäm vuï naøy chuùng toâi phaûi cheá taïo theâm phaàn cöùng cô khí. • Trong saûn phaåm thöù nhaát chuùng toâi aùp duïng boä ñieàu khieån soá CNC thoâng minh thích nghi treân maùy phay CNC. Boä ñieàu khieån thoâng minh ñöôïc theå hieän qua caùc giaûi thuaät thích nghi vaø duøng Neural. Tính thoâng minh ñöôïc theå hieän qua khaû naêng thich nghi cuûa maùy trong nhieàu tröôøng hôïp. • Caáu truùc môû laø moät trong nhieàu ñaëc tính thoâng minh cuûa thieát bò. Vì vaäy saûn phaåm thöù 2 cuûa ñeà taøi laø moâ hình ñieàu khieån toång quaùt goàm phaàn cöùng laø moät maùy phay CNC kích thöôùc nhoû ñöôïc tích hôïp vôùi boä ñieàu khieån caáu truùc môû. • Moät daïng phaùt trieån môùi cuûa maùy coäng cuï CNC laø Hexapod khaùc vôùi maùy coâng cuï CNC truyeàn thoáng, maùy coâng cuï Hexapod phaûi coù boä ñieàu khieån coù khaû naêng ñieàu khieån ñoàng thôøi saùu chaân theo nguyeân lyù STEWART. Cho neân saûn phaåm thöù ba cuûa ñeà taøi nghieân cöùu laø moâ hình Hexapod. • Ñònh löôïng cuõng laø moät trong nhöõng coâng ñoaïn quan troïng cuûa quaù trình saûn xuaát thöïc phaåm ,ñöôøng, söõa, boät ngoït, thöùc aên gia suùc, xi maêng ...Trong quaù trình ñònh löôïng caùc saûn phaåm nhieàu thaønh phaàn coù khoái löôïng nhoû, ñoä chính xaùc cao cuõng caàn thieát boä ñieàu khieån thoâng minh. Trong saûn phaåm thöù tö cuûa ñeà taøi chuùng toâi taäp trung nghieân cöùu caû phaàn cöùng laãn phaàn ñieàu khieån cuûa heä thoáng ñònh löôïng nhieàu thaønh phaàn. • Moät ñaëc ñieåm cuûa bu loâng, oác, vít laø coù ren neân raát khoù ñònh löôïng chính xaùc. Saûn phaåm thöù naêm cuûa ñeà taøi taäp trung vaøo vieäc nghieân cöùu caûi tieán heä thoáng ñònh löôïng vít. Nhoùm nghieân cöùu hy voïng qua vieäc thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu naøy coù theå ñoùng goùp moät phaàn veà phöông phaùp luaän, caùc keát quaû nghieân cöùu coù theå phuïc vuï cho coâng taùc nghieân cöùu, giaûng daäy vaø öùng duïng trong saûn xuaát. Noäi dung trình baøy trong baùo caùo ñöôïc theå hieän ôû caùc chöông sau : Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy phay CNC thoâng minh. iii
Chöông 2: Moâ hình ñieàu khieån toång quaùt. Chöông 3: Nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo hexapod. Chöông 4: Heä thoáng ñònh löôïng nhieàu thaønh phaàn. Chöông 5: Caûi tieán heä thoáng ñònh löôïng vít. Chöông 6: Keát luaän vaø kieán nghò. Vôùi nhöõng keát quaû ñaït ñöôïc, chuùng toâi raát mong nhaän ñöôïc nhöõng yù kieán ñaùnh giaù, goùp yù cuûa hoäi ñoàng nghieäm thu caùc caáp ñeå hoaøn thieän toát hôn nhaèm phuïc vuï hieäu quaû trong saûn xuaát vaø ñaøo taïo. iv
Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 CHÖÔNG 1 BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN MAÙY PHAY CNC THOÂNG MINH 1.1 TOÅNG QUAN 1.1.1 Giôùi thieäu ñeà taøi nghieân cöùu Hieän nay vôùi söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa khoa hoïc kyõ thuaät, caùc quaù trình saûn xuaát phöùc taïp ñöôïc thöïc hieän moät caùch linh hoaït vaø chính xaùc. Söï phaùt trieån vaø nhöõng thaønh töïu cuûa coâng nghieäp thoâng tin cho pheùp chuùng ta coù theå giaùm saùt tröïc tuyeán hieän traïng cuûa caùc heä thoáng saûn xuaát vaø gia coâng phöùc taïp. Khoâng nhöõng theá ngöôøi ta coøn ñieàu khieån ñöôïc caùc quaù trình cuõng nhö heä thoáng gia coâng hoaït ñoäng ñeå ñaït ñöôïc nhöõng muïc tieâu mong muoán. Nhö chuùng ta ñeàu roõ vai troø cuûa maùy coâng cuï ñeå cheá taïo ra caùc thieát bò maùy moùc khaùc. Maùy phay laø moät trong nhöõng maùy coâng cuï phöùc taïp veà keát caáu cuõng nhö ñieàu khieån, ñöôïc aùp duïng nhieàu trong saûn xuaát. Hieän nay maùy coâng cuï CNC ra ñôøi ñaõ ñem laïi nhöõng hieäu quaû to lôùn. Tuy nhieân vôùi nhöõng boä ñieàu khieån thoâng thöôøng thì khoù ñaït ñöôïc caùc chæ tieâu mong muoán veà chaát löôïng cuõng nhö naêng suaát khi maø caùc yeáu toá ngaãu nhieân luoân thay ñoåi vaø aûnh höôûng ñeán heä thoáng gia coâng. Chính vì leõ ñoù maø boä ñieàu khieån CNC thoâng minh ñang ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc treân theá giôùi quan taâm nghieân cöùu. Vôùi öu vieät noåi troäi cuûa boä ñieàu khieån CNC thoâng minh ngoaøi vieäc aùp duïng cho caùc maùy coâng cuï noù coøn ñang ñöôïc nghieân cöùu ñeå aùp duïng vaøo cho caùc quaù trình saûn xuaát vaø heä thoáng gia coâng phöùc taïp khaùc. Do vaäy vieäc nghieân cöùu ñeå thieát keá vaø cheá taïo boä ñieàu khieån thoâng minh cho maùy phay CNC laø caáp thieát. 1.1.2 Tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 1
Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Treân theá giôùi vieäc nghieân cöùu boä ñieàu khieån thoâng minh ñaõ ñöôïc öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc khaùc nhau, ñaëc bieät laø vieäc nghieân cöùu trong lónh vöïc öùng duïng treân maùy CNC. Trong quaù trình nghieân cöùu caùc taùc giaû ñaõ ñöa ra moät soá khaùi nieäm veà maùy thoâng minh. Cho ñeán nay, coù khaù nhieàu ñònh nghóa veà maùy coâng cuï thoâng minh. Trong cuoán saùch vieát naêm 1988, Wright vaø Bourne ñaõ ñöa ra moät soá yù töôûng vaø möùc ñoä thoâng minh cho maùy coâng cuï. Nacsa J [1, 2, 3, 4] ñaõ toång quan laïi nhöõng coâng trình nghieân cöùu lieân quan ñeán maùy coâng cuï thoâng minh. Trong caùc baøi baùo naøy ñaõ ñöa ra nhöõng nhu caàu thöông maïi veà maùy coâng cuï thoâng minh theo döï baùo cuûa Wright töø naêm 1988 vaø cho ñeán nay. Monostoris laïi phaân loaïi caùc maùy thoâng minh thaønh 3 phaàn: Ñieàu khieån giaùm saùt duïng cuï. Moâ hình hoùa vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa maùy. Ñieàu khieån thích nghi. Heä thoáng gia coâng thoâng minh ñaàu tieân ñöôïc trình baøy bôûi K. Mori vaø Kasashina vaøo naêm 1993 coù teân goïi laø thieát bò MEL-MASTER ( Hình 1.1). Hình 1.1: Heä thoáng thieát bò MEL-MASTER Maùy coâng cuï thoâng minh ñang ñöôïc nghieân cöùu ôû phoøng thí nghieäm Kakino, tröôøng ñaïi hoïc Kyoto (Nhaät Baûn), töø döï aùn ñaàu tieân veà ñieàu khieån soá thoâng minh (INC). Döï aùn INC ñöôïc baét ñaàu töø naêm 1997 vaø vaãn ñang tieáp tuïc nghieân cöùu. • Giai ñoaïn ñaàu tieân töø naêm 1997 ÷ 2000 laø nghieân cöùu veà maùy khoan thoâng minh. Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 2
Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 • Giai ñoaïn thöù hai töø naêm 2000 ÷ 2002 laø nghieân cöùu quaù trình ta roâ vaø phay thoâng minh. • Giai ñoaïn thöù ba töø naêm 2002 trôû ñi laø nghieân cöùu caùc quaù trình gia coâng khaùc. • Töø naêm 1997 nhoùm nghieân cöùu cuûa Giaùo Sö Kakino ñaõ coâng boá nhieàu baøi baùo veà caùc maùy coâng cuï thoâng minh cho caùc quaù trình khoan, ta roâ. Nguyeân lyù ñieàu khieån thoâng minh quaù trình khoan ñöôïc theå hieän qua sô ñoà toång theå hình 1.2. Hình 1.2: Sô ñoà maùy thoâng minh cuûa döï aùn INC Ñeå coù theå nghieân cöùu caùc tính chaát cuûa boä ñieàu khieån naøy caàn coù caùc cô caáu chaáp haønh nhieàu caáp ñaëc tröng cho moät heä thoáng phöùc taïp trong ngaønh cheá taïo maùy. Theo Atsuhi Matsubara, Soichi IBARAKU vaø Yoshiaki KaKINO ôû tröôøng Kyoto, maùy khoan thoâng minh ñöôïc theå hieän ôû 3 möùc ñieàu khieån sau: Möùc 1 : Ñieàu khieån doøng ñieän, vaän toác, vò trí. Möùc 2 : Ñieàu khieån löïc caét. Möùc 3: Ñieàu khieån tröïc tuyeán vaø khoâng tröïc tuyeán. Ngoaøi ra theo Yoshiaki Kakino maùy thoâng minh coù hai loaïi: feedback, hoaëc feedforward. Coøn theo Altintas, Ñaïi hoïc British Columbia Canada thì caáu truùc chung phaàn cöùng cuûa maùy thoâng minh chæ ra treân hình 1.3. Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 3
Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Lực, rung động, nhiệt độ, ñöôïc sensor gaén treân maùy nhận biết CNC 3 thành phần Monitor tạo nên chuyển động cắt Microphone Z Y X Bộ điều khiển CNC Bộ điều khiển chương trình logic Module ñieàu khieån thao taùc thoâng Bàn máy minh (Maïch xöû lyù tín hieäu soá vôùi giao tieáp qua caùc coång A/D vaø D/A) Hình 1.3 : Caáu truùc cuûa heä thoáng maùy thoâng minh cuaû Altintas Heä thoáng gia coâng thoâng minh naøy coù theå ñaùp öùng caùc yeâu caàu thoâng minh khaùc nhau nhö: Ñieàu khieån thích nghi, giaùm saùt ñieàu kieän gia coâng vaø ñieàu khieån quaù trình. Theo Altintas, trong maùy phay thoâng minh caàn phaûi coù: Phaàn cöùng laø moät maùy phay CNC truyeàn thoáng. Caùc caûm bieán khaùc nhau ñeå nhaän bieát veà tieáng oàn, rung ñoäng, löïc caét,… Boä ñieàu khieån giaùm saùt. Boä ñieàu khieån CNC. Heä thoáng gia coâng thoâng minh do Dharan vaø Won [5] ñeà xuaát bao goàm moät trung taâm gia coâng truyeàn thoáng ñöôïc trang bò theâm caùc caûm bieán löïc, caûm bieán vò trí vaø boä ñieàu khieån thoâng minh ñeå ñieàu khieån quaù trình khoan vaät lieäu composite. Ozaki vaø Sheng nghieân cöùu quaù trình khoan vaät lieäu composite treân trung taâm gia coâng NAOSSURA MC 510-VSS ñöôïc tích hôïp vôùi caùc caûm bieán löïc Kistler 9271A vaø boä ñieàu khieån thoâng minh. N.K.Mehta Vieän kyõ thuaät Roorkee- AÁn ñoä ñöa ra moâ hình ñieàu khieån thoâng minh cho quaù trình tieän (Hình 1.4). Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 4