Ôn tập Điều khiển số

Chia sẻ: Nguyen Van Vinh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

269
lượt xem 49
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo lý thuyết điều khiển số dành cho các bạn sinh viên học chuyên ngành có tư liệu ôn thi tốt đạt kết quả cao trong các kỳ thi giữa kì và cuối kì

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ôn tập Điều khiển số

Câu 1 Câu hỏi: Nêu khái niệm và bản chất của điều khiển số 3 Khái niệm về điều khiển số Theo Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA), điều khiển số ( Numerical Control) được định nghĩa như sau: - Một hệ thống trong đó các hoạt động được điều khiển bởi dữ liệu số. Hệ 0,5 thống phải biên dịch tự động ít nhất một phần của dữ liệu này. - Chính xác hơn, điều khiển số có thể được xem xét như một dạng tự đ ộng hóa theo chương trình trong đó máy công cụ được điều khiển bằng một chuỗi các mã lệnh bao gồm các ký tự (chữ, số, và các ký hiệu khác). Các mã lệnh này được chuyển đổi sang 2 dạng tín hiệu: các tín hiệu xung điện đầu ra và tín hiệu điều khiển bật/tắt. Các tín hiệu xung điện đầu ra thực hiện điều chỉnh vị trí và tốc độ tương đối của trục chính so với phôi. Các chức năng của tín hiệu bật/tắt bao gồm: 0,5 (1) bật tắt, thay đổi chiều quan quay trục chính, (2) điều khiển cung cấp dung dịch làm mát, (3) lựa chọn dao cắt, (4) các chức năng khác như: dừng, tự động tháo lắp bàn kẹp. Bản chất của điều khiển số Người ta chia các hệ thống điều khiển máy công cụ ra 2 loại:- Điều khiển 0,5 tương tự (dùng tín hiệu vật lý: điện áp, lực,...; điều khiển liên tục) - Điều khiển số. Hệ thống điều khiển không theo số có các loại như: - Điều khiển bằng cam 1,0 - Điều khiển theo quãng đường - Điều khiển theo thời gian - Điều khiển theo chu kỳ Điều khiển số (numerical control) - Điều khiển số (numerical control) là hệ thống mà mỗi hành trình được điều khiển theo dữ liệu số. Mỗi thông tin đơn vị (bit) ứng với một dịch chuyển 0,5 gián đoạn của cơ cấu chấp hành. Đại lượng này tương ứng giá trị xung. - Khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển tương ứng L của cơ cấu chấp hành, ta có thể xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch chuyển L: L = q.N 1
Câu 2 Câu hỏi: Thế nào là điều khiển NC và CNC, so sánh điều khiển NC và CNC? 3 Hệ điều khiển NC (Numerical Control) - Điều khiển NC thường được gọi là điều khiển nối cứng (hard-wired control). Chúng sử dụng các bộ logic số IC (mạch tích hợp) - thường là các mạch tích hợp cỡ vừa, được định vị và nối dây theo một sự sắp xếp c ố đ ịnh và ghép vào các bảng mạch in (printed circuit boards – PCBs). Các PCB 1,0 connector tiếp nối các bảng mạch này cũng được nối cố định cùng nhau theo cách đã được thiết kế trước để hoàn thành chức năng điều khiển mong muốn. Tín hiệu điều khiển sử dụng trong các hệ điều khiển nối cứng là xung điện áp. Mỗi xung điện áp tạo một sự chuyển động của một đơn vị chiều dài cơ sở của trục đang được điều khiển. Số lượng các xung đặt lên trục xác định khoảng cách dịch chuyển, tần số xung cho ta vận tốc. Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control) - Điều khiển CNC là hệ thống điều khiển số nối mềm (soft-wired NC system) sử dụng máy tính, có khả năng lập trình (Programmable Minicomputer) với bộ nhớ có thể đọc-ghi để điều khiển máy công cụ (điều khiển CNC là một hệ NC sử dụng máy tính như là bộ điều khiển máy - MCU) 1,0 - Việc sử dụng máy tính đã loại bỏ phần lớn các mạch phần cứng, đ ặc biệt là bộ nội suy và các rơle nối cứng. - Tín hiệu điều khiển trong hệ CNC có dạng số nhị phân. Mỗi số bao gồm 16 bit, 32 bit, hoặc 64 bit phụ thuộc vào kiểu bộ xử lý máy tính đ ược xử dụng. Mỗi bit dữ liệu tạo ra một chuyển động đơn vị, gọi là "chiều dài cơ sở (Base Length Unit - BLU) cho trục điều khiển. 2
So sánh điều khiển NC và CNC Đặc tính so sánh Điều khiển NC Điều khiển CNC Thời xuất1954 - đầu 1970 gian 1970 - nay hiện Thực hiện cácMạch phần cứng điệnMáy tính với các chương trình chức năng ĐK tử điều khiển máy công cụ Các tín hiệu ĐK Các xung điện ápCác bit số (digital bits) (voltage pulses) Nhập chương Thông tin trên băng đục Chương trình được đọc và lưu lỗ được nạp, đọc và trong bộ nhớ máy tính. Trong quá trình thực hiện theo từng trình gia công máy tính truy xuất các lệnh chương trình lưu trong block. bộ nhớ máy tính để điều khiển máy. 1,0 Giới hạn các chức năng Bao gồm các chức năng cơ bản Khả năng cơ bản: và chức năng mở rộng: - Nội suy (tuyến tính, - Nội suy (tuyến tính, cung tròn, xoắn ốc, parabol) cung tròn) - Nhận định dạng băng- Soạn thảo từ - Truyền thông - Vị trí tuyệt đối và- Bộ nhớ tương đối - Hiển thị - Nhận mã ký tự - Giao tiếp vào/ra … Cấu trúc phần Phức tạp, bởi vì các Đơn giản hơn vì nhiều chức cứng điều khiển chức năng ĐK được năng điều khiển được thực hiện thực hiện bởi các mạch bởi phần mềm điện tử Bộ nhớ (lưu trữ) Không có bộ nhớ trong Có bộ nhớ trong để lưu trữ chương trình chương trình. Chương trình gia công có thể lưu ở đĩa cứng hay băng, bìa đục lỗ,.. Câu 3 Câu hỏi: Thế nào là điều khiển DNC (Direct Numerical Control)? Phân biệt 3 điều khiển DNC và CNC? Ưu điểm của điều khiển DNC. Điều khiển DNC 1,0 - Các bộ điều khiển CNC được liên kết (link) và điều khiển trực tiếp từ một máy tính trung tâm có khả năng lưu trữ lớn. 3
- Thay vì dùng thiết bị đọc băng, chương trình gia công được truy ền tới máy công cụ từ máy tính trung tâm. Về nguyên tắc, một máy tính có thể đ ược s ử dụng để điều khiển hơn 100 máy riêng biệt. - Máy tính được thiết kế để cung cấp các lệnh điều khiển cho mỗi máy công cụ khi có yêu cầu. Khi máy công cụ yêu cầu lệnh điều khiển, chúng được kết nối với máy tính ngay lập tức. Hệ DNC bao gồm 4 thành phần chính: 1. Máy tính trung tâm 2. Bộ nhớ lưu trữ chương trình NC để truyền tới các máy CNC khác nhau khi có yêu cầu 3. Đường kết nối dữ liệu giao tiếp giữa các máy CNC và máy tính trung tâm 4. Các máy CNC. - Máy tính trung tâm đọc chương trình gia công từ bộ nhớ và truyền đến máy công cụ khi được yêu cầu. - Nó cũng nhận dữ liệu phản hồi từ các máy công cụ. Dòng thông tin 2 chiều này xảy ra theo thời gian thực, nghĩa là các yêu cầu của mỗi máy công cụ phải được thỏa mãn đồng thời. Tương tự, máy tính trung tâm cũng phải sẵn sàng nhận thông tin từ các máy công cụ và phản hồi tương ứng. Phân biệt điều khiển DNC và CNC - Các máy tính ở điều khiển DNC phân phối dữ liệu chương trình tới, và thu thập dữ liệu từ nhiều máy công cụ. Các máy tính ở điều khiển CNC chỉ điều khiển một máy công cụ, hoặc một số ít máy công cụ. - Máy tính ở điều khiển DNC thường được đặt ở xa các máy công cụ. Máy 1,0 tính ở điều khiển CNC được đặt rất gần máy công cụ. - Phần mềm DNC được phát triển không chỉ để điều khiển từng bộ phận của thiết bị sản xuất mà còn phục vụ như là một phần của hệ thống quản lý thông tin trong bộ phận sản xuất của công ty. Phần mềm CNC được phát triển để bổ sung (tăng cường) các khả năng của máy công cụ đặc biệt. Ưu điểm của điều khiển DNC 1,0 - Điều khiển nhiều máy bởi máy tính (Time sharing) - Khả năng tính toán lớn. - Vị trí của máy tính được đặt ở xa => máy tính có thể được đặt ở môi trương phù hợp. - Loại bỏ băng từ và thiết bị đọc băng từ ở máy công cụ để nâng cao đ ộ tin cậy. - Loại bỏ bộ hardwire controller unit trên một số hệ thống. - Các chương trình được lưu trữ như CL (Cutter Location) data sau đó có thể được post-processed cho cấu hình máy tương ứng mà được giao nhiệm vụ xử 4
lý công việc. Câu 4 Câu hỏi: Nêu và phân tích các ưu, nhược điểm của công nghệ CNC 3 Các ưu điểm Tăng năng suất: năng suất của một máy CNC gấp 3-4 lần máy truyền thống tương đương, bởi vì nó không yêu cầu nhiều thời gian cho setup và điều chỉnh, các chi tiết được sản xuất nhanh hơn và yêu cầu ít thời gian kiểm tra hơn. Độ chính xác cao: độ chính xác được xác định bởi khả năng di chuyển dao cắt tới đúng vị trí được chỉ ra. Giảm chi phí sản xuất: Các nhân tố giúp giảm chi phí sản xuất bao gồm: - Tiết kiệm dao, đồ gá kẹp - Tuổi bền của dao cao hơn do tối ưu các điều kiện cắt - Tiết kiệm giá nhân công do không cần nhân công với tay nghề cao - Tiết kiệm từ việc sử dụng lại các chương trình gia công 1,0 - Giảm tổng thời gian sản xuất - Khai thác máy tốt hơn do giảm thời gian dừng máy - Giảm được nhiều thao tác bằng tay - Giảm được các lỗi, sai sót do con người Giảm các chi phí hoạt động gián tiếp: - Giảm hàng tồn kho - Giảm lead time (thời gian giữa lúc bắt đầu và hoàn thành của một quá trình sản xuất) - Máy an toàn hơn do ít cần sự can thiệp của công nhân - Khai thác máy tốt hơn vì phần lớn thời gian máy là cắt thực - Giảm được thời gian kiểm tra do máy CNC tạo các chi tiết với chất l ượng đồng đều Thuận lợi cho việc gia công các chi tiết phức tạp : máy CNC cho phép gia 1,0 công nhanh và chính xác các chi tiết phức tạp chẳng hạn các bề mặt 3 chiều Tính linh hoạt cao hơn: Máy CNC cho phép thay đổi nhanh từ việc gia công từ chi tiết này tới chi tiết khác, với thời gian setup, thay dao, đồ gá nhỏ. Không yêu cầu người vận hành có kỹ năng cao: các kỹ năng yêu cầu cho người vận hành máy CNC chủ yếu là lắp, tháo phôi, thao tác với bàn phím điều khiển. Các nhiệm vụ này không yêu cầu mức độ kỹ năng cao như cần thiết đối với máy truyền thống. 5
Thuận lợi cho tự động hóa linh hoạt: CNC có thể tạo nên rất nhiều hệ thống sản xuất tự động, như: các tế bào tự động và hệ thống sản xuất linh hoạt. Các nhược điểm của CNC Đầu tư ban đầu lớn - Các máy công cụ CNC thường đắt, giá có thể từ từ vài trục ngàn USD đ ến hàng triệu USD - Vì vậy để đặt hiệu quả kinh tế cần khai thác hết khả năng của máy Yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng cao Máy CNC là thiết bị công nghệ cao và hệt thống cơ khí và điện có thể r ất 1,0 phức tạp. Để bảo đảm độ chính xác của chúng máy phải được giữ trong điều kiện tốt và các bộ điều khiển phải được bảo dưỡng thường xuyên. Người làm công việc bảo dưỡng phải có kỹ năng về điện, điển tử và cơ khí Không hiệu quả về giá thành cho sản xuất đơn lẻ - Dùng máy CNC để sản xuất một hay một số chi tiết với hình dạng không phức tạp sẽ không hiệu quả về giá thành. Một thợ máy có kinh nghiệm có thể hoàn thành công việc tương tự với giá thành thấp hơn. - Tuy nhiên với chi tiết co độ phức tạp cao, sử dụng máy CNC sẽ trở lên kinh tế hơn Câu 5 Câu hỏi: Một số đặc điểm khác về kết cấu của máy CNC so với máy thông 3 thường Thân máy thường có kết cấu đúc hoặc hàn từ vật liệu có cơ tính cao, có nhiều gân, hốc, chia khoang,... vừa nhẹ, vừa cứng vững; truyền nhiệt và hấp 0,5 thụ dao động tốt. Trong các hệ truyền động quan trọng được dùng các cơ cấu và vật liệu giảm ma sát, chịu mòn, không khe hở (vít me - đai ốc bi; đường dẫn hướng lăn 0,5 hoặc trượt nhưng được dán hoặc phủ vật liệu ít ma sát, chịu mòn; bánh răng không khe hở). Giảm tối đa truyền động cơ khí: dùng truyền động điện, thuỷ lực điều khiển tốc độ vô cấp thay cho hộp số; nối trực tiếp trục động cơ lên trục công tác; 0,5 dùng hộp giảm tốc hành tinh, thuỷ lực hoặc bánh răng sóng - con lăn có tỷ số truyền lớn). Các trục được truyền động độc lập. 0,5 Do toàn bộ hoạt động của máy được điều khiển tự động, không cần sự can 0,5 thiệp thường xuyên của con người, nên vùng làm việc thường được bao kín, 6
đảm bảo an toàn và mỹ quan. Các kho chứa dao và đài dao thường được đưa về phía sau để dễ quan sát vùng gia công. Băng máy (tiện) đặt nghiêng để dễ thoát phoi và dung dịch. Ngoài các hệ thống chính, các máy và trung tâm gia công CNC còn có các cơ cấu tự động khác, như thay dao tự động, cấp và kẹp phôi tự động, tải phoi tự động, đóng mở cửa tự động,... Chính các hệ thống phụ trợ này lại đóng vai 0,5 trò quan trọng trong việc ghép nối các máy CNC đơn lẻ với nhau và với các thiết bị sản xuất khác: robot, băng tải, máy đo 3 chiều,... thành các tế bào và các hệ thống sản xuất linh hoạt. Câu 6 Câu hỏi: Nêu đặc điểm của trục chính trên máy CNC? 3 Giống như trên các máy thông thường, trục chính trên máy CNC đảm bảo chuyển động cắt chính. - Trên máy phay, đó là trục mang dao phay - Trên máy tiện là trục mang phôi. 1,0 - Trên máy mài, trục chính mang đá mài. - Trục chính là bộ phận tiêu tốn năng lượng nhiều nhất trên máy. Vì vậy công suất trục chính thường được dùng làm chỉ tiêu đánh giá công suất gia công của máy. Yêu cầu cơ bản đối với trục chính là có khoảng thay đổi số vòng quay rộng, với momen lớn, ổn định và khả năng quá tải cao. - Trên các máy thông thường người ta hay dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ hoặc đồng bộ kèm hộp số cơ khí có cấp và vô cấp. - Trên máy CNC, tốc độ trục chính cần được điều khiển vô cấp, tự động theo chương trình, trong phạm vi rộng (rất cần thiết, nhất là khi thay đổi đường 1,0 kính dao phay hoặc đường kính phôi tiện mà lại cần duy trì vận tốc cắt không đổi). - Vì vậy sử dụng các loại động cơ dễ điều khiển tự động tốc độ, như động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ. - Gần đây, nhờ tiến bộ về kỹ thuật điều khiển số, các động cơ không đồng bộ điều khiển bằng biến tần được sử dụng rộng rãi. - So với trục chính của máy thông thường, trục chính của máy CNC làm việc với tốc độ cao hơn (tới hàng vạn v/ph), thường xuyên có gia tốc lớn. Vì vậy, 0,5 yêu cầu cân bằng, bôi trơn đặc biệt cao ở các máy CNC. - Ngoài ra, do nhu cầu thay dao nhanh, thay dao tự động, kết cấu kẹp dao trên máy phay CNC khác so với máy thông thường. Cơ cấu kẹp dao, phôi trên các 0,5 máy CNC thường được điều khiển tự động bằng khí nén hoặc thuỷ lực. 7
Câu 7 Câu hỏi: Những dấu hiệu để phân biệt máy CNC và trung tâm gia công CNC 3 Trung tâm gia công (Machining Center) CNC có khả năng thực hiện nhiều nguyên công công nghệ khác nhau, như tiện, phay, doa, gia công ren, mài,... 1,0 mà bình thường phải dùng một số máy CNC thông thường. Do yêu cầu về tập trung nguyên công mà các TTGC có những đặc điểm kết cấu sau: - Có nhiều trục điều khiển (4 đến 5 trục hoặc hơn). - Có hệ thống thay dao tự động. - Có cơ cấu cấp phôi, kẹp phôi tự động. - Có khả năng giao tiếp với các thiết bị sản xuất khác, như robot, băng tải,... 2,0 - Nhờ có khả năng tập trung nguyên công cao mà các TTGC cho phép tăng năng suất, tăng độ chính xác gia công. - Có 2 loại TTGC, là TTGC ngang và TTGC đứng. TTGC ngang dựa trên cơ sở máy tiện, còn TTGC đứng dựa trên máy phay. Câu 8 Câu hỏi: Nêu và phân tích các đặc điểm hệ thống chạy dao trên máy CNC 3 - Hệ thống chạy dao đảm bảo chuyển động tạo hình, nên nó quyết định khả năng công nghệ (kích thước, hình dạng, độ chính xác của bề mặt gia công) của máy. 0,5 - Trên thực tế, chuyển động tạo hình có thể do dao hoặc phôi thực hiện, nhưng người ta quy ước trong mọi trường hợp coi phôi đứng yên, còn dao chuyển động. So với các hệ thống khác, hệ thống chạy dao của máy CNC có nhiều thay đổi nhất so với máy thông thường: - Mỗi trục chạy dao được điều khiển bằng một động cơ riêng Sự phối hợp giữa các chuyển động tạo hình theo các phương là do bộ điều khiển đảm nhiệm. 1,0 - Hệ thống truyền động cơ khí liên kết động học giữa các trục, kể cả các tay quay là không cần thiết. - Trên máy phay, thường có 3 trục được điều khiển là X, Y, Z. - Số trục điều khiển có thể nhiều hơn (4, 5, 6 trục hoặc hơn) để tạo ra các bề mặt phức tạp hoặc để cải thiện chất lượng gia công. - Trên máy tiện, số trục điều khiển thường là 2 - trục X và Z. 8
- Để đảm bảo độ chính xác và êm dịu chuyển động, trong các xích truyền động cơ khí của máy CNC đều dùng cơ cấu vít me - đai ốc bi - Với mục đích khử khe hở, đảm bảo độ êm dịu chuyển động khi đ ảo chiều và tăng độ cứng vững của hệ thống, người ta thường tạo sức căng giữa vít me và đai ốc nhờ lực kẹp giữa 2 nửa của đai ốc bi 0,75 - Kể cả sau khi đã áp dụng các biện pháp trên thì vẫn còn sai số chế tạo c ơ khí, ví dụ sai số bước vít me, hoặc sai số do biến dạng cơ và biến dạng nhiệt khi gia công. - Phần lớn các bộ điều khiển hiện đại đều có khả năng bù khe hở và các sai số cơ khí nói trên. Tuy nhiên, xác định giá trị các sai số và quy luật thay đổi của chúng là việc làm phải rất tỷ mỷ và tốn công. - Chuyển động của các trục được điều khiển tự động từ chương trình. Trên các máy không đòi hỏi độ chính xác cao thường dùng động cơ bước. - Hệ điều khiển dùng động cơ bước được gọi là hệ điều khiển hở, vì không có mạch phản hồi vị trí. Góc quay của động cơ phụ thuộc số xung và tần số phát xung của bộ điều khiển. 0,75 Ưu điểm của hệ điều khiển dùng động cơ bước là đơn giản và rẻ tiền. Nhược điểm chính của nó là độ chính xác thấp và công suất nhỏ. Công suất truyền động có thể tăng nếu dùng động cơ bước kết hợp với hệ thống thuỷ lực, nhưng độ chính xác thì không thể tăng được. - Trên các máy CNC công nghiệp thường dùng hệ thống điều khiển kín, nghĩa là phải có hệ thống đo và phản hồi vị trí. Câu 9 Câu hỏi: Thế nào là hệ thống đo trực tiếp và hệ thống đo gián tiếp? 3 Hệ thống đo trực tiếp 1,5 - Ví dụ: Hình dưới là sơ đồ đo trực tiếp dịch chuyển của bàn máy. Thước quang 2 được gắn trực tiếp lên bàn máy và chuyển động theo bàn máy. Khi bàn máy chuyển động, thước thường xuyên phát ra tín hiệu về toạ độ thực của bàn máy dưới dạng xung. 9
- Đầu thu 1 tiếp nhận tín hiệu và chuyển về bộ điều khiển để so sánh với giá trị vào. - Bộ điều khiển sẽ đưa ra lệnh điều khiển cơ cấu chạy dao theo xu hướng giảm sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đặt, cho đến khi giá trị sai lệch nằm trong giới hạn cho phép. - Phương pháp đo trực tiếp đạt độ chính xác cao vì khử được sai số của xích truyền động cơ khí. Hệ thống đo gián tiếp - Nếu thiết bị đo không gắn trực tiếp lên đối tượng đo mà qua một khâu truyền động trung gian nào đó thì chúng ta có hệ thống đo gián tiếp. - Ví dụ, cùng để đo dịch chuyển của bàn máy có thể dùng một encoder quay gắn lên đầu trục vít me như trong hình vẽ 1,5 - Chuyển động tịnh tiến của bàn máy 1 được biến thành chuyển động quay của trục vít me 3 (và của đĩa quang 2) qua bộ truyền vít me - đai ốc. Góc quay của đĩa 2, đại diện cho chuyển động của bàn máy, được dùng làm tín hiệu phản hồi. - Phép đo gián tiếp phạm phải sai số trên khâu trung gian là vít me - đai ốc, và ở các khâu trung gian. Câu 10 Câu hỏi: Thế nào là hệ thống đo tương đối và hệ thống đo tuyệt đối? 3 Hệ thống đo tương đối 1,5 Dịch chuyển của một trục máy có thể được đo theo 2 cách – bởi sự khác nhau giữa 2 cách đo, cả 2 được đo từ một điểm cố định “điểm zero máy”, hoặc đơn giản bằng cách ghi điểm đầu và điểm đích không tham chiếu tới bất kỳ điểm tham chiếu tuyệt đối nào. Các phương pháp trên gọi là phương pháp đo tuyệt đối và tương đối - Với hệ thống đo tương đối “zero shift” không còn là vấn đề vì điểm zero có thể được chọn tự do. Điểm zero máy được đánh dấu trên mỗi trục của máy 10
bởi một đánh dấu tham chiếu trên thước đo hay đĩa của hệ thống đo, và khi vị trí trục tới vị trí này một xung tham chiếu (reference impulse) được tạo. - Trên thước đo theo gia số chỉ khắc các vạch đơn giản, tạo thành các vùng sáng và tối xen kẽ nhau. - Khoảng dịch chuyển của bàn máy từ điểm xuất phát 2 đến điểm đích 3 được đánh giá bằng số khoảng sáng - tối trong đó. 1,0 - Vị trí của điểm 2 lại được xác định bằng khoảng cách đến một điểm do nhà chế tạo máy công cụ quy định, gọi là điểm gốc (Reference Point). - Điểm tham chiếu (Reference point) đóng vai trò như cột cây số trên đường, nếu không có nó thì bộ điều khiển không thể biết được bàn máy đang ở đâu. Chính vì vậy mà trước khi điều khiển máy, bộ điều khiển luôn luôn nhắc người dùng chạy bàn máy về điểm tham chiếu Reference. Đó cũng là động tác bắt buộc sau khi bộ điều khiển bị tắt do mất điện hoặc dừng máy sự cố. Hệ thống đo tuyệt đối 1,5 - Hệ thống đo tuyệt đối nhận vị trí của mỗi trục ngay sau khi máy được bật, vị trí của mỗi trục được bộ điều khiển nhận như các giá trị tuyệt đối, không cần dịch chuyển đến điểm zero hay điểm tham chiếu. Hệ thống đo tuyệt đối có ưu điểm vì nó không cần dịch mỗi trục trở - về vị trí điểm tham chiếu của nó để thiết lập lại vị trí sau khi máy bị dừng trong quá trình gia công - Như vậy, trong trường hợp đo tuyệt đối bộ điều khiển luôn luôn nhận được mã vị trí của bàn máy, còn khi đo theo gia số thì nó nhận được số xung phát ra khi bàn máy dịch chuyển khỏi điểm xuất phát. - Thước đo tuyệt đối được khắc theo mã nhị phân. Mỗi điểm trên thước mang một mã riêng, tương ứng với khoảng cách từ điểm đó đến gốc M. Sensor thu chỉ cần nhận được mã tại vị trí của bàn máy là biết ngay toạ độ thực. 11
Câu 11 Câu hỏi: Thế nào là điều khiển điểm – điểm (Point to Point-PTP)? Các ứng 3 dụng chủ yếu của hệ thống điều khiển điểm – điểm? - Hệ thống điều khiển PTP thường được xem như là hệ thống định vị (positioning system). Chức năng chính của hệ thống điều khiển PTP là di chuyển dao từ một điểm đến điểm đích để thực hiện các thao tác về lỗ như: 0,5 khoan, đột lỗ, khoét, v.v… - Khi di chuyển từ điểm tới điểm, dao có thể theo một trong 3 đ ường dẫn sau, phụ thuộc vào bộ điều khiển: Đường hướng trục (Axial Path): - Dao dịch chuyển song song với 2 trục chính X và Y. - Bộ điều khiển lệnh cho dao dịch chuyển theo trục Y (hoặc X) trước, và tọa độ X (hoặc Y) không thay đổi đến khi dao di chuyển tới điểm đích Y (hoặc X). 0,5 - Quá trình công tác chỉ thực hiện tại các điểm dừng - Đây là phương pháp chậm nhất, ở mỗi thời điểm chỉ có một trục được điều khiển. - Ưu điểm của kiểu điều khiển này là hệ thống điều khiển rất đơn giản. Đường nghiêng 45 độ - Dao di chuyển theo đường nghiêng 1 góc 45 độ đến khi nó nằm trong đường ngang của vị trí mới, tiếp theo nó dịch chuyển dọc một trục tới vị trí đích. 0,5 - Cả 2 trục X và Y dịch chuyển đồng thời đến khi tọa độ một trục được với tới, sau đó dao dịch chuyển theo đường thẳng dọc trục đến điểm đích. - Bộ điều khiển tương đối đơn giản 12
Đường thẳng (linear path) Trong dạng này, bộ điều khiển có khả năng đồng bộ chuyển động trong cả 2 hướng X và Y để tạo một đường thẳng. 0,5 - Dạng điều khiển này tạo một đường dịch chuyển ngắn nhất giữa 2 điểm nhưng yêu cầu thiết bị tinh vi để điều phối tốc độ của mỗi trục để bảo đảm một đường thẳng. Các ứng dụng chủ yếu của hệ thống điều khiển điểm - điểm là: khoan, khoét, đục lỗ,… Các ứng dụng này thường bao gồm các bước sau: - Định vị: dao được dịch chuyển dọc theo các trục của chuyển động tới lỗ cần khoan, quá trình dịch chuyển dao không có sự gia công - Gia công: thực hiện quá trình gia công, thường thực hiện trên trục Z với 1,0 việc điều khiển tốc độ trục chính, tốc độ và chiều sâu cắt. - Nhấc dao lên: khi chiều sâu cắt mong muốn đã đạt được, dao được nhấc lên trong chế độ chạy dao nhanh không cắt. - Lặp lại chu trình: dao dịch chuyển tới vị trí mới và lặp lại các bước trên đến khi công việc được hoàn thành. Câu 12 Câu hỏi: Thế nào là điều khiển contour? 3 - Tổng hợp chuyển động của các trục để tạo ra đường mô tả trước, thường là đường thẳng hoặc cung tròn. - Hệ thống điều khiển contour có khả năng điều khiển các động cơ dẫn động độc lập ở các tốc độ khác nhau theo hướng được chỉ ra. - Bộ điều khiển kiểu này có khả năng điều khiển có gia công đồng thời theo nhiều trục khác nhau. Nhờ vậy có thể gia công đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ. - Hệ thống điều khiển contour tương đối phức tạp vì mỗi trục chuyển động yêu cầu vận tốc và vị trí riêng và điều khiển kiểu này đắt tiền nhất trong các 1,0 kiểu điều khiển. - Phần lớn các bộ điều khiển trong công nghiệp hiện nay là điều khiển contour. - Bộ điều khiển contour có thể làm được các việc của kiểu điều khiển điểm- điểm. - Các bộ điều khiển contour lại tiếp tục được phân loại theo số số tr ục có thể điều khiển đồng thời. Theo đặc điểm đó, chúng ta phân biệt kiểu điều khiển: 2D, 2,5D, 3D, 4D, 5D hay nhiều hơn. 13
Điều khiển 2D - Máy có khả năng điều khiển đồng thời 2 trục. Vì vậy chỉ có thể gia công 0,5 đường thẳng hoặc đường cong trong một mặt phẳng. Điều khiển 2,5D - Tương tự như điều khiển 2D, tại một thời điểm máy chỉ có thể điều khiển đồng thời 2 trục. Điểm khác là có thể thay đổi phương trục dao, nghĩa là có 0,5 thể gia công trong mặt phẳng X-Y, X-Z, Y-Z. Trục thứ ba có thể được điều khiển tự động khi dừng 2 trục kia. Điều khiển 3D - Bộ điều khiển 3D có thể điều khiển đồng thời 3 trục. Nhờ vậy có thể gia công các đường, mặt không gian: mặt cầu, mặt xoắn vít trụ. Tuy nhiên, trên 0,5 một số máy chỉ có thể gia công đường thẳng 3D, đường xoắn ốc (nội suy cung tròn theo 2 trục và đường thẳng theo trục thứ ba). - Số trục được điều khiển đồng thời không nhất thiết bằng số trục của máy. Điều khiển 4D, 5D - Bộ điều khiển 4D, 5D có thể điều khiển đồng thời 4 trục hoặc 5 trục. Vì vậy có thể gia công các mặt không gian phức tạp 0,5 Câu 13 Câu hỏi: Thế nào là nội suy đường thẳng và nội suy cung tròn? 3 Nội suy đường thẳng (Linear Interpolation) 1,5 - Trong nội suy đường thẳng, dao dịch chuyển từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc theo một đường thẳng. - Trong lập trình một chuỗi của các dịch chuyển đường thẳng, chỉ tọa đ ộ điểm cuối của mỗi đường phải chỉ ra bởi vì điểm cuối của một đường trở 14
thành điểm đầu của đường tiếp theo. - Nội suy đường thẳng có thể được thực hiện cho tới 5 trục dịch chuyển đồng thời (3 trục chuyển động thẳng X, Y, Z và 2 trục chuyển động quay A và B) để tạo đường chạy dao của mọi biên dạng và mặt cong. - Nội suy đường thẳng 2 hay 3 trục tương đối phổ biến - Nội suy đường thẳng yêu cầu 3 tham số: Các tọa độ điểm đầu, Các tọa độ điểm đích, tốc độ dịch chuyển. Y K. thúc dy = 4 B.đầu dx = 8 X - Trong nội suy đường thẳng 2 trục, bộ nội suy tính toán tốc độ cho trục X và Y làm sao bảo đảm tỷ lệ tốc độ giữa trục X và Y bằng tỉ lệ của khoảng gia số theo yêu cầu dx/dy. - Trong nội suy đường thẳng 3 trục, bộ nội suy tính toán khoảng gia số dx, dy, dz dọc theo các trục X, Y, Z từ điểm bắt đầu tới điểm kết thúc. Các khoảng gia số này trở thành đầu vào trực tiếp để điều khiển vị trí, tỉ lệ được sử dụng để tạo tốc độ cho 3 trục. - Về lý thuyết, nội đường thẳng có thể được sử dụng để cắt tất cả các kiểu đường chạy dao, bao gồm: đường thẳng, đường tròn, cung tròn, đường cong, đường xoắn. Tuy nhiên nó sẽ cần nhiều dữ liệu để cắt đường contour hơn đường thẳng. - Việc sử dụng nội suy đường tròn, parabol, xoắn hay bậc 3 sẽ giảm dữ liệu 15
cần xử lý và vì vậy tạo điều kiện thuận lợi cho lập trình. Nội suy cung tròn (Circular Interpolation) - Trong nội suy cung tròn, dây cung được chia thành các phân đoạn thẳng nhỏ. Bộ nội suy tính toán các thành phần vận tốc dọc trục Vx và Vy và tạo các xung cho mỗi trục chuyển động. Tổng số của các xung xác định vị trí của trục và tần số xung xác định vận tốc của trục. 1,5 - Ưu điểm của nội suy cung tròn là khả năng tạo một cung tròn chỉ với một dòng lệnh chương trình. Đối với nội suy tuyến tính có thể yêu cầu hàng nghìn dòng lệnh chương trình để tạo cùng đường tròn mà chỉ cần 4 dòng lệnh đối với nội suy cung tròn. - Trong một số điều khiển NC, nội suy cung tròn bị giới hạn bởi một cung 900 trong một dòng lệnh. Vì vậy cần tới 5 dòng lệnh để tạo một đường tròn. - Phần lớn các bộ điều khiển CNC có khả năng tạo một đường tròn hoàn chỉnh chỉ với một dòng lệnh. - Các thông tin cần thiết cho lập trình nội suy cung tròn bao gồm: Các tọa độ của điểm đầu, tọa độ điểm đích, bán kính của cung tròn hoặc tọa độ tâm, hướng chạy của dao. - Nội suy cung tròn bị giới hạn trong mặt phẳng 2 trục. Một đường tròn được tạo trong mặt phẳng XY, ZX hoặc YZ. Câu 14 Câu hỏi: Thế nào là nội suy xoắn, nội suy parabol, nội suy bậc 3? 3 Nội suy xoắn (Helical Interpolation) 1,0 - Nội suy xoắn có ở phần lớn các bộ điều khiển CNC hiện đại. Nó kết hợp nội suy cung tròn 2 trục và nội suy tuyến tính dọc trục thứ 3. 16
- Nội suy xoắn là một dạng điều khiển không gian vì tất cả 3 trục di chuyển đồng thời để tạo ra đường chạy dao xoắn. - Đường căt nội suy xoắn có thể nhỏ hơn một đường tròn hay bao gồm nhiều đường tròn, nó thường được sử dụng để cắt ren trong lớn. Nội suy Parabol (Parabolic Interpolation) - Nội suy parabol sử dụng 3 điểm không cùng trên một đường thẳng đ ể xấp xỉ một đường cong tự do. - Nó có thể được sử dụng để cắt mặt phẳng hoặc đường cong trong không gian. - Có thể lập trình 2 hay nhiều đường nội suy parabol liên tiếp để xấp xỉ một 1,0 đường cong bậc cao hơn nếu như tiếp tuyến của chúng ở những điểm nối nhau là đồng nhất (giống nhau) - Việc sử dụng nội suy parabol để xấp xỉ các phần cung tròn có ưu điểm là giảm số điểm lập trình bằng 1/50 so với phương pháp nội suy tuyến tính. - Nội suy parabol được dùng chủ yếu trong chế tạo khuân - các bề mặt thiết kế thường là các bề mặt cong tự do. Nội suy bậc 3 (Cubic Interpolation) - Nội suy bậc 3 có thể được sử dụng để tạo các đường chạy dao phức tạp cho việc gia công các bề mặt phức tạp, như khuôn dập kim loại tấm trong công nghiệp ô tô. 1,0 - Nó không những có khả năng xấp xỉ các đường cong mà còn có thể làm trơn phần nối của một phân đoạn cong với các phân đoạn khác. - Lập trình nội suy bậc 3 rất phức tạp và yêu cầu bộ nhớ, khả năng tính toán lớn. Ngày nay công nghệ máy tính cho chúng ta khả năng tính toán đáp ứng yêu cầu với giá có thể chấp nhận được để thực hiện nội suy bậc 3. Câu 15 Câu hỏi: Phân biệt hệ thống điều khiển kín và hệ thống điều khiển hở? 3 17
Hệ thống điều khiển hở - Điều khiển hở là dạng điều khiển đơn giản, không có phản hồi tín hiệu vị trí thực của bàn máy. Lượng di chuyển của bàn máy tỉ lệ thuận với góc quay ϕ của động cơ bước. - Đặc điểm quan trọng của hệ thống điều khiển hở là không có tín hiệu phản hồi cho việc kiểm tra vị trí điểm lập trình và vận tốc có đạt được không. - Hệ thống điều khiển hở rất nhạy cảm với sự thay đổi về các điều kiện tải vì nó không có dữ liệu theo thời gian thực (real-time) về sự thực hiện của hệ thống và vì vậy không thể đưa vào các yếu tố ảnh hưởng. Nếu như tải trên trục máy thay đổi, servo drive speed bị ảnh hưởng theo. Độ chính xác vị trí cũng có thể bị ảnh hưởng do khe hở trong cơ cấu truyền động máy. - Sự thực hiện của các thành phần hệ thống cũng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm, hay dầu bôi trơn, và dữ liệu đầu ra thực có có thể lệch so với giá trị đầu ra mong muốn. 1,5 - Vì lý do trên, hệ điều khiển hở thường được sử dụng trong hệ thống điều khiển điểm - điểm (đối với hệ thống này mô men lực tác động lên động cơ gần như là hằng số). - Hệ điều khiển hở thường dùng động cơ bước để điều khiển trục máy. - Với sự chính xác của vít me bi, và công nghệ điều khiển động cơ bước, hệ điều khiển hở có thể đạt độ phân giải 0.001mm (giá trị đủ chính xác trong nhiều ứng dụng) - Hệ điều khiển hở có ưu điểm là kết cấu đơn giản, rẻ tiền, không cần hệ thống đo lường và chuyển đổi tín hiệu. Động cơ bước nhận trực tiếp tín hiệu điều khiển dạng xung nên không cần hệ thống chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự. - Nhược điểm của nó là công suất nhỏ và độ chính xác điều khiển không cao. Vì vậy hệ này được dùng trên các thiết bị công suất thấp. Hệ thống điều khiển kín 1,5 - Trên hệ thống điều khiển kín phải dùng hệ thống đo vị trí thực của bàn máy. Tín hiệu do nó sinh ra được đưa về so sánh với tín hiệu vào, sinh ra tín hiệu điều khiển dạng số. Sau khi chuyển đổi thành tín hiệu tương tự, khuyếch đại, …nó trở thành tín hiệu điều khiển động cơ. Trên hệ điều khiển kín thường động cơ một chiều hoặc xoay chiều thông dụng. - Sự khác nhau cơ bản giữa điều khiển kín và điều khiển hở là hệ thống điều khiển có hệ thống phản hồi để giám sát tín hiệu đầu ra và sửa các sai lệch. - Hệ thống phản hồi có thể là tương tự hoặc số. Hệ thống tương tự đo sự thay đổi của các thay đổi vật lý như vị trí và vận tốc (theo giá trị điện áp). Hệ thống số giám sát sự thay đổi đầu ra bởi các xung điện. - Trong các ứng dụng CNC cả vị trí và vận tốc phải được điều khiển. Tốc độ kế (một bộ biến đổi tương tự) thường được sử dụng để đo vận tốc. Bộ phân giải (resolver) hay bộ giải mã (encoder) được sử dụng để giám sát vị trí và vận 18
tốc. 19