I. Giới thiệu chung
Đề tài 'Nghiên cứu giải thuật nội suy và mô phỏng chuyển động quỹ đạo dao trên máy CNC' tập trung vào việc phát triển và ứng dụng các giải thuật nội suy trong hệ thống điều khiển máy CNC. Nội suy là một phần quan trọng trong việc xác định vị trí và tốc độ của dao cắt trong quá trình gia công. Các giải thuật nội suy như DDA, SA, DS và NURBS được nghiên cứu để cải thiện độ chính xác và hiệu suất của máy CNC. Việc áp dụng các giải thuật này không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình gia công mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Đặc biệt, việc mô phỏng chuyển động quỹ đạo dao trên máy CNC thông qua phần mềm như Matlab cho phép kiểm chứng các kết quả đạt được một cách trực quan và hiệu quả.
1.1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ CNC đã tạo ra nhu cầu cao về các giải thuật nội suy hiệu quả. Việc nghiên cứu và phát triển các giải thuật này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu sai số trong quá trình gia công. Đặc biệt, trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, việc ứng dụng các giải thuật tiên tiến vào máy CNC là rất cần thiết để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường. Đề tài này không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn cao, giúp sinh viên và các kỹ sư có cái nhìn sâu sắc hơn về công nghệ CNC.
II. Thiết kế và thi công
Trong phần này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế và thi công mô hình máy CNC 3 trục sử dụng động cơ bước. Việc lựa chọn động cơ và phương án truyền động là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu suất của máy. Các phương án như vít me thường và vít me đai ốc bi được xem xét kỹ lưỡng. Đặc biệt, việc sử dụng động cơ bước giúp cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển chuyển động của dao cắt. Mô hình thiết kế được thực hiện bằng phần mềm Solidworks, cho phép mô phỏng và kiểm tra các yếu tố kỹ thuật trước khi tiến hành thi công thực tế.
2.1. Chọn phương án truyền động
Phương án truyền động được lựa chọn dựa trên yêu cầu về độ chính xác và tốc độ. Việc sử dụng vít me thường gắn đồng trục với động cơ giúp tạo ra chuyển động ổn định, tuy nhiên, độ chính xác không cao. Ngược lại, vít me đai ốc bi mang lại độ chính xác cao hơn nhưng chi phí chế tạo cũng tăng lên. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh các phương án này để đưa ra quyết định tối ưu cho mô hình máy CNC. Kết quả cho thấy, việc lựa chọn đúng phương án truyền động là yếu tố quyết định đến hiệu suất và chất lượng gia công của máy CNC.
III. Thuật toán nội suy
Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu các giải thuật nội suy như DDA, SA, DS và NURBS. Các giải thuật này được áp dụng để tính toán các vị trí trung gian và tốc độ dịch chuyển của dao cắt. Việc sử dụng thuật toán mô phỏng cho phép kiểm chứng tính chính xác của các giải thuật này trong thực tế. Đặc biệt, thuật toán NURBS được đánh giá cao về khả năng mô phỏng các đường cong phức tạp, giúp cải thiện đáng kể chất lượng gia công. Kết quả thực nghiệm cho thấy, các giải thuật nội suy này không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo.
3.1. Khái niệm nội suy
Nội suy là quá trình tạo ra dữ liệu vị trí để dịch chuyển các trục từ các block dữ liệu. Các giải thuật nội suy khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào hình dạng đường cần gia công. Nội suy thẳng, nội suy tròn và nội suy NURBS là những phương pháp phổ biến. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất của máy CNC.
IV. Mô phỏng và thực nghiệm
Phần này trình bày kết quả mô phỏng và thực nghiệm của các giải thuật nội suy đã nghiên cứu. Việc sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng giúp nhóm nghiên cứu kiểm chứng các kết quả đạt được một cách trực quan. Các kết quả cho thấy, các giải thuật như DDA và NURBS có thể mô phỏng chính xác chuyển động quỹ đạo dao trên máy CNC. Thực nghiệm cũng cho thấy, việc áp dụng các giải thuật nội suy này giúp giảm thiểu sai số trong quá trình gia công, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.
4.1. Kết quả đạt được
Kết quả thực nghiệm cho thấy, các giải thuật nội suy đã được áp dụng thành công trong mô hình máy CNC 3 trục. Đặc biệt, giải thuật NURBS cho phép mô phỏng các đường cong phức tạp với độ chính xác cao. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh sai số giữa các giải thuật và nhận thấy rằng, giải thuật NURBS cho kết quả tốt nhất trong việc mô phỏng chuyển động quỹ đạo dao. Điều này chứng tỏ giá trị thực tiễn của nghiên cứu và khả năng ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo.
