CHƯƠNG 1: Tổng quan về đề tài giúp nhóm đã đưa ra được hướng nghiên cứu và hoàn thành đề tài. Tiến trình thực hiện đề tài: - Tham khảo ngoài thực tế và theo sự hướng dẫn của giáo viên để đưa ra được định hướng cho hệ thống của đề tài. - Nghiên cứu về động cơ Servo. - Tìm hiểu về phần cơ khí, từ đó nắm rõ được các chuyển động của hệ thống.
- Chỉnh sửa, lắp ráp phần cứng , phần điện. - Kết nối các thiết bị của hệ thống và điều khiển. - Điều chỉnh hệ thống để đạt được kết quả như yêu cầu. - Chạy thử và thu nhận sản phẩm.
- Rút ra các thiếu sót và từ đó chỉnh sửa để hoàn thành hệ thống. Giới hạn đề tài Đề tài chỉ dừng lại ở việc chạy trên mô hình cùng với các yêu cầu điều khiển: - Điều khiển mô hình CNC 4 trục bằng phần mềm hỗ trợ để phay ra sản phẩm phù hợp. - Điều khiển mô hình CNC 4 trục trực tiếp bằng những lệnh theo yêu cầu thực hiện. Đối tượng nghiên cứu: - Các đối tượng phần cứng ( phần cơ khí ) : + Cơ cấu các trục vít me ( trục X, Y, Z ) và trục xoay có hộp số ( trục A ).
+ Các chi tiết phần cứng khác: mặt bàn phay, khối đế máy, chốt định vị, vam kẹp phôi. - Các đối tượng điều khiển ( phần điện ) : + Driver Servo MR-J2S-10A. + Bo mạch CNC Mach3 4 trục. Bộ môn điều khiển tự động Trang 2 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Tổng quan về hệ thống CNC 2. Giới thiệu về máy CNC Máy CNC là viết tắt của cụm từ Computer Numerical Control – (điều khiển hệ thống máy vi tính). Nói dễ hiểu, đây là một hệ thống máy móc chuyên gia công cơ khí tự động, hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA- 274-D (thường gọi là mã G). Để máy CNC hoạt động được, cần phải nạp chương trình vào hệ thống vi tính thông minh.máy vi tính có nhiệm vụ xử lý và điều khiển các bộ phận của máy như đầu cắt, tốc độ cắt, biên độ cắt,… theo chương trình có sẵn để gia công sản phẩm.
Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động Cấu tạo chung: Nhìn chung một máy CNC đều phải có những bộ phận cơ bản gồm 2 phần chính: - Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng. - Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm. Nguyên lý hoạt động - Máy CNC được hoạt động đơn giản, di chuyển trên 3 trục X, Y, Z theo tọa độ. - Khi máy CNC được khởi động và thực hiện các lệnh cắt, trục Z sẽ di chuyển lên xuống theo khoảng cách được cài đặt.
Đầu cắt ( trục Z) sẽ nhận nguồn năng lượng từ bộ nguồn để xuyên thủng vật liệu. - Lúc này bàn máy sẽ giữ chặt sản phẩm để máy di chuyển trên các thanh ray theo trục X và Y để tạo ra các đường cắt trên vật liệu. Bộ môn điều khiển tự động Trang 3 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết 2. Phân loại máy CNC Trong ngành công nghiệp sản xuất nói chung, máy CNC có khá nhiều chủng loại và chức năng khác nhau.
Chính vì vậy mà việc phân loại cũng có những tiêu chí khác nhau: - Theo phương pháp truyền động: truyền động điện, thủy lực, khí nén. - Theo phương pháp điều khiển: điều khiển điểm, điều khiển đoạn, điều khiển theo đường cắt( máy 2D, máy 3D). - Theo phương pháp thay dao: thay dao bằng tay, phương pháp tự động kiểu rơ- vôn-ve. - Theo hệ điều hành: Fanuc, Siemens, Fagor, EMCO,… - Theo số lượng trục của máy.
- Theo kích cỡ và trọng lượng máy. - Một số hình ảnh máy CNC trong công nghiệp. Bộ môn điều khiển tự động Trang 4 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết Hình 2. Máy cắt CNC plasma.
Bộ môn điều khiển tự động Trang 5 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết 2. Ưu điểm và nhược điểm máy CNC Ưu điểm: - Máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình đưa vào máy, người điều khiển chỉ chủ yếu là theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy. - Độ chính xác làm việc cao, thông thường các máy CNC có độ chính xác là 0.001mm, do đó có thể đạt được độ chính xác cáo hơn. - Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao.
- Tốc độ cắt cao, nhờ cấu trúc cơ cấu cơ khí chắc của máy, những vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng có thể sử dụng tốt hơn. - Thời gian gia công ngắn hơn, tiết kiệm nhân lực, nhân công. - Có khả năng vận hành liên tục, ổn định và ít xảy ra lỗi. Nhược điểm - Giá thành chế tạo máy cao hơn.
- Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy càng cao hơn. - Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn. Nhược điểm: - Giá máy cao hơn rất nhiều so với các công cụ truyền thống. Nên việc đầu tư cho máy CNC thường được sử dụng cho mục đích lâu dài với mẫu mã của sản phẩm không thay đổi nhiều về cấu trúc.
Đặc biệt là thích hợp với những đơn vị hay sản xuất những đơn hàng dài và liên tục. - Vì giá máy cao nên kéo theo giá thành bảo dưỡng bảo trì máy cũng khá cao. Việc thay đổi linh kiện máy khi máy đi vào hoạt động trong một thời gian dài bị hỏng bị lỗi cũng không thấp. - Việc vận hành và thay đổi của máy cũng khó khăn.
Với việc sử dụng máy tính và các bản thiết kế, bài chạy sản xuất. Dẫn đến việc học tập thao tác các bước các công đoạn cũng cần một thời gian. Vì vậy, khó có thể đào tạo nhân lực để thay thế người điều khiển trong một thời gian ngắn. Bộ môn điều khiển tự động Trang 6 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết 2.
Giới thiệu về Servo. Giới thiệu chung về Servo. Động cơ servo nói chung là loại động cơ sử dụng khả năng hồi tiếp tín hiệu từ encoder về driver điều khiển để điều chỉnh tốc độ, moment, vị trí của động cơ hay các kết cấu cơ khí đi kèm đạt được như mong muốn. Khi có vật cản hoặc những tác động làm hãm trục động cơ, hệ thống hồi tiếp sẽ giúp động cơ tự điều chỉnh cho lực moment,tốc độ, hay quán tính cho phù hợp với tải đang mang.
Ngoài ra động cơ servo luôn có xu hướng giữ vị trí hiện tại khi không có tín hiệu điều khiển, chính vì thế khi có một ngoại vi tác động lam thay đổi vị trí của động cơ hay kết cấu cơ khí liên kết với trục động cơ thì servo sẽ tự trở về vị trí trước khi bị sai lệch. Cấu tạo động cơ Servo. Cấu tạo và chức năng của AC Servo - Cấu tạo: Về cấu tạo cơ bản thì động cơ ac servo là dạng động cơ đồng bộ 3 pha dùng nam châm vĩnh cửu. Động cơ servo sẽ được tích hợp encoder độ phân giải lớn để giúp quá trình điều khiển chính xác.
Để điều khiển motor này thì mỗi hãng sẽ tích hợp riêng driver cho động cơ của mình. Tùy mỗi ứng dụng thì động cơ AC servo thường có 3 chế độ điều khiển chính là tốc độ, vị trí và torque( momen), ở mỗi chế độ khác nhau thì chúng ta cần cài đặt Bộ môn điều khiển tự động Trang 7 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết tùy theo thông số của ứng dụng và tải. Khi sử dụng động cơ ac servo ta cần quan tâm tới độ phân giải của encoder vì nó sẽ ảnh hưởng đến sai số của máy móc. Độ phần giải đối với servo hiện nay dao động từ 2500 cho đến 217 hoặc 220 xung trên một vòng, khi độ phân giải encoder quá cao thì các bạn nên quan tâm tới hộp số điện tử khi điều khiển motor servo.
Động cơ AC Servo. - Chức năng: AC servo có 3 chức năng chính : - Điều khiển vị trí. - Điều khiển tốc độ. - Điều khiển momen.
Bộ môn điều khiển tự động Trang 8 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết 2. Giới thiệu về Driver Servo: 2. Giới thiệu chung về Driver Servo: Driver Servo là một bộ khuếch đại điện tử đặc biệt được sử dụng để theo dõi tín hiệu phản hồi từ cơ chế Servo và liên tục điều chỉnh độ lệch từ các hành vi dự kiến. Drive Servo nhận được tín hiệu lệnh từ một hệ thống điều khiển, khuếch đại tín hiệu và truyền dòng điện cho một động cơ Servo để tạo ra chuyển động tỉ lệ thuận với tín hiệu lệnh.
Thông thường, tín hiệu lệnh đại diện cho một vận tốc mong muốn, nhưng cũng có thể biểu diễn một momen hoặc vị trí mong muốn. Trong một hệ thống điều khiển được cấu hình đúng cách, động cơ Servo quay với vận tốc rất gần với tín hiệu vận tốc mà động cơ Servo nhận được từ hệ thống điều khiển. Một số tham số, chẳng hạn như độ cứng (còn được gọi là tỷ lệ thuận lợi), giảm chấn (còn gọi là đạt được phái Bộ môn điều khiển tự động Trang 9 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết sinh) có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu suất mong muốn. Các hệ thống Servo được xử dụng trong gia công CNC, tự động hóa nhà máy, người máy và một số ứng dụng khác.
Lựa chọn dạng xung đầu vào cho Driver Servo: Có 3 kiểu nhận xung điều khiển vị trí là forward/reverse pulse train, sign plus pulse train, A/B phase pulse train, 2 kiểu xung tích cực mức thấp hoặc tích cực mức cao. Tùy thuộc vào nguồn phát xung điều khiển driver mà ta cài đặt thông số cho driver sao cho hợp lý. Ở đây ta sử dụng nguồn phát xung là board CNC AKZ250 có kiểu phát xung tích cực mức thấp, 1 xung điều khiển và 1 xung chiều quay. Bảng các dạng xung đầu vào của Driver Servo.
Bộ môn điều khiển tự động Trang 10 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết 2. Cấu hình và cài đặt Paramater cho Driver Cấu hình Driver: Hình 2. Cấu hình cho Driver Servo Cài đặt Parameter cho Driver: - Xác định tỉ số Gear CMX/CDV tương ứng P3/P4: Hình 2. Công thức xác định tỉ số Gear.
Cài đặt tỉ số Gear cho Driver. Bộ môn điều khiển tự động Trang 11 CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết - Xác định chiều dương chuyển động P21 và P41: Hình 2. Xác định chiều dương chuyển động cho các trục.