Lời mở đầu. II Lời cảm ơn. III Phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn. IV Phiếu nhận xét của giáo viên phản biện.
VI Danh mục hình ảnh. VIII Danh mục từ viết tắt. XI Chƣơng 1: GIỚI THIỆU CHUNG .1 Lí do chọn đề tài .2 Tổng quan chung về lĩnh vực. Error! Bookmark not defined.1Giới thiệu về bộ nội suy.
Error! Bookmark not defined.2Giới thiệu về máy CNC. Error! Bookmark not defined.1Nhược điểm .3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài .4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .5 Giới hạn của đề tài .6Tính cấp thiết của đề tài. 6 Chƣơng 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG. Error! Bookmark not defined.
Chọn phương án truyền động. Chọn phương án di chuyển trên các trục tọa độ.1 Phương án phôi cố định .2 Phương án phôi di chuyển. Chọn động cơ dẫn động .2 Động cơ một chiều (DC motor). 1213 [Type text] Page VII do an 3.
Giới thiệu động cơ bước.2 Giới thiệu động cơ bước đơn cực .3 Vấn đề trước sự trượt bước .Sử dụng Solidworks thiết kế cơ khí. 18 Chƣơng 3: MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 2520 Chƣơng 4: THUẬT TOÁN NỘI SUY .Khái niệm nội suy. Nội suy phần mềm.
Nội suy đường thẳng .Nội suy cung tròn .1 Phương pháp DDA (Digital Differential Analyzer).2 Phương pháp SA (Stairs Approximation) .3 Phương pháp DS (Direct Search) .4 Phương pháp NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines). 39 Chƣơng 5: GIAO TIẾP MÁY TÍNH. 445 2 Universal Gcode Sender. 46 Chƣơng 6: THỰC NGHIỆM.
Các vấn đề cần thiết khi thực nghiệm. 54 2 So sánh sai số các thuật toán. 555 3 Kết quả đạt được. 588 4 Kết quả chưa đạt được.
644 5 Hướng phát triển. 6464 Phụ lục: Tài liệu tham khảo. 645 [Type text] Page VIII do an Danh mục hình ảnh và sơ đồ Hình 1.1: Khái niệm cơ bản về nội suy .2: Các phương pháp nội suy điều khiển máy CNC .1: Vít me thường gắn đồng trục với động cơ .2: Vít me đai ốc bi .4: : Phương án phôi cố định .5: Phương án phôi di chuyển.10: Sơ đồ kết nối động cơ bước đơn cực .11: Mô phỏng thiết kế bằng Solidworks .1: Mạch điều khiển .3: Sơ đồ kết nối IC A4988 .1:Thuật toán tiêu biểu.2: Bộ nội suy Reference Pulse .3:Bộ nội suy Sampled-Data .4: Phương pháp nội suy đường thẳng. 28 [Type text] Page IX do an Hình 4.5: Giải thuật điều khiển nội suy đường thẳng .6: Giải thuật nội suy đường thẳng chạy trục x .7: Giải thuật nội suy đường thẳng chạy trục x & y .8: Giải thuật nội suy cung tròn DDA .9: Kết quả nội suy cung tròn DDA.10: Phương pháp nội suy cung tròn SA .11: Giải thuật nội suy cung tròn SA .12: Kết quả nội suy cung tròn SA .13: Giải thuật nội suy cung tròn DS .14: Kết quả nội suy cung tròn DS .15: Phương pháp nội suy cung tròn NURSB .16: Phương trình đường cong Bezier bậc 1 .17: Tập hợp điểm của đường cong Bezier .18: Phương trình đường cong Bezier bậc 2 .19: Nội suy Bezier .20: Nội suy Rational Bezier .1: Giao diện mô phỏng thuật toán nội suy .2: Giao diện Xloader .3: Giao diện điều khiển UniversalGcodeSender .4: Cài đặt thông số UniversalGcodeSender .5: Thiết lập đảo mức điện áp UniversalGcodeSender .6: Thiết lập phản hồi trạng thái Universal.
55 [Type text] Page X do an Hình 6.2: So sanh sai số thuật toán R=10 .3: So sanh sai số thuật toán R=15 .4: So sanh sai số thuật toán R=20 .5: Mô hình thiết kế .6: Mô phỏng phương pháp nội suy DDA_Line .7: Mô phỏng phương pháp nội suy SA_Circle .8: Mô phỏng phương pháp nôi suy DS_Circle .9: Mô phỏng phương pháp nội suy NURBS. 63 [Type text] Page XI do an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control BLU Basic Length Unit DDA Digital Differential Analyzer SA Stairs Approximation DS Direct Search NURBS Non-Uniform Rational B-Splines [Type text] Page XII do an Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Chƣơng 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý do chọn đề tài Hiện nay việc gia công cơ khí các bề mặt sản phẩm trong công nghiệp rất đa dạng và phức tạp, vì vậy để thiết kế và mô tả nó thuận lợi người ta sử dụng các phần mềm máy tính để trợ giúp. Và thuật toán nội suy cho máy CNC chính là thành phần căn bản giúp tạo ra các phần mềm máy tính kể trên. Thuật toán nội suy ra đời vào khoảng những năm 50 của thế kỉ XX và góp phần làm thay đổi bộ mặt ngành công nghiệp.
Cho tới ngày nay thì các thuật toán đã có nhiều sự phát triển để đáp ứng những yêu cầu về kỹ thuật của nền công nghiệp hiện nay. Để hiểu hết được nguyên lý hoạt động của các thuật toán nội suy nói chung và của cả hệ thống điều khiển máy CNC. Nhóm chúng em quyết định chọn nghiên cứu các phương pháp nội suy từ cơ bản đến nâng cao. Từ đó áp dụng các nghiên cứu của mình vào thực tiễn.
Nội dung nghiên cứu sẽ được chuyển giao cho phòng thí nghiệm Servo nhằm mục đích giảng dạy. Kiến thức về những thuật toán nội suy sẽ là nền tảng vững chắc cho những thành viên trong nhóm có khả năng nghiên cứu và phát triển những thuật toán tối ưu hơn nữa cho máy CNC.2 Tổng quan chung về lĩnh vực 1.1Giới thiệu về bộ nội suy Nội suy đóng vai trò sinh ra dữ liệu vị trí để dịch chuyển các trục từ các block dữ liệu tạora bởi bộ thông dịch. Nó là một trong những bộ phận quan trọng phản ánh độ chính xác của hệđiều khiển. Trong mục này, các loại nội suy khác nhau được giới thiệu một cách cơ bản.
Mỗi máy CNC nói chung luôn có ít nhất 2 trục được điều khiển để gia công được cáchìnhdáng phức tạp. Hai phương pháp điều khiển dịch chuyển dụng cụ cắt (hay các trục) là “điểm đếnđiểm” và theo đường. Để thực hiện các phương pháp dịch chuyển này,chuyển động của dụng cụ cắt phải được chia thành các thành phần theo các trục. Ví dụ để dụngcụ cắt dịch chuyển từ điểm P1 đến P2 với vận tốc Vf trong mặt phẳng XY như trên hình 1.1, bộnội suy chia toàn bộ quãng đường thành các thành phần dịch chuyển theo trục X và trục Y theomột tốc độ dịch chuyển xác định trước.
Cuối cùng tốc độ dịch chuyển V1 và V2 cho cả hai trục Xvà Y minh họa trên hình 1.1 [Type text] Page 1 do an Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Hình 1.1 Khái niệm cơ bản về nội suy Các đặc điểm yêu cầu đối với bộ nội suy để nó có thể thực hiện tốt việc tính toán các vị trítrung gian và tốc độ dịch chuyển của các trục từ dữ liệu hình dáng của đường cần gia côngvàtốcđộăndao 1. Dữ liệu từ bộ nội suy phải trùng với hình dáng (đường) cần gia công 2. Bộ nội suy phải xem xét về giới hạn tốc độ tùy theo cấu trúc của máy và đặc tính củađộng cơ servo trong quá trình tính toán vận tốc. Cần phải tránh sai số tích lũy trong quá trình nội suy để hình dáng gia công được trùng(gần giống nhất co thể) so với lệnh về vị trí trong chương trình gia công.
Nếu phân chia nội suy theo loại đường cần nội suy, hiện nay người ta dùng các phương pháp nội suy sau (hình 1.2): Nội suy thẳng dùng để gia công các đường thẳng đi qua các điểm. Nội suy tròn dùng để gia công cung tròn hoặc các đường tròn khép kín. Nội suy xoắn ốc dùng để gia công ren hoặc gia công các rãnh xoắn ốc. Nội suy bậc 2, bậc 3, paraplol, hypepol và spline sử dụng trong công nghệ chế tạo các chi tiếtphức tạp như các chi tiết trong máy bay, khuôn dập khung hay vỏ của ôtô.
[Type text] Page 2 do an Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Hình 1.2Các phương pháp nội suy trong điều khiển máy CNC Nếu phân chia bộ nội suy theo thiết bị và phương pháp thực hiện, bộ nội suy được phânloại thành nội suy phần cứng(hardware interpolator) và nội suy phần mềm(softwareinterpolator). Bộ nội suy bằng phần cứng bao gồm các loại thiết bị điện tử khác nhau, được dùngcho đến khi CNC được phát triển. Tuy nhiên, ngày nay, nội suy bằng phần mềm được sử dụngphổ biến trong các hệ CNC. Khái niệm nội suy phần mềm bắt nguồn từ nội suy phần phần cứngvà nội suy phần cứng chỉ giới hạn trong các hệ thống điều khiển đơn giản.2 Giới thiệu về máy CNC Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T.
Parsons cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950. Sau Thế chiến II,Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng,một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp. Parsons sớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kì đầu,ông đã có thể tạo ra những thanh dẫn đường mức chính xác hơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằng tay và sơ đồ. Dựa trên kinh nghiệm này,ông đã giành được hợp đồng phát triển một “máy cắt đường mức tự động” cho Không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay.
Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác,chiếc máy được chế tạo cực kì lớn phức tạp và đắt đỏ. Mặc dù vậy,nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay. Đến những năm 1960,giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tự động giảm đến một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. Những chiếc máy này sử dụng các động cơ truyền động điện một chiều để vận dụng vô [Type text] Page 3 do an Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao lăng và vận hành dao cụ.
Các động cơ này nhận chỉ dẫn điện từ một đầu đọc băng từ – đọc một băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng lỗ. Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra những xung điện cần thiết để quay động cơ với thời gian và tốc độ chính xác,trong thực tế nó điều khiển máy giống như nhân viên vận hành. Các xung điện được quản lý bởi một máy tính đơn giản không có bộ nhớ. Chúng thường được gọi là NC hay máy điều khiển số.
Năm 1947,John Parsons quản lý một hãng sản xuất hàng không ở thành phố Traverse,Michigan. Đối mặt với tính phức tạp ngày càng cao của hình dạng chi tiết và những vấn đề về toán học và kỹ thuật mà họ gặp phải,Parsons đã tìm ra những biện pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho công ty.