Chương 1 TỔNG QUAN Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 3 XÂY DỰNG PHẦN CỨNG Chương 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM Chương 5 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung về hệ thống chuyển động vitme 2.1 Khái niệm Vitme gọi chung là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền động cho cơ cấu trượt dọc trục theo trục vitme. Khi truyền động thường thì trục vitme quay làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến. Đôi khi tùy vào thiết kế của từng loại máy mà đai ốc quay làm cho vitme chuyển động tịnh tiến. Trên nguyên lý khi truyền động, nếu trục vitme đứng yên thì đai ốc chuyển động tịnh tiến hoặc đai ốc đứng yên thì trụ vitme chuyển động tịnh tiến.
Độ chính xác - Trục vít có độ chính xác cao thường chính xác đến một phần nghìn inch trên một foot (830 nanomet trên centimet) hoặc tốt hơn. - Trục vít chất lượng của dụng cụ thường chính xác đến 250 nanomet trên centimet. Chúng được sản xuất trên máy phay CNCchính xác với thiết bị đo khoảng cách quang học – Máy đo laser 3 chiều và dụng cụ đặc biệt. Máy tương tự được sử dụng để sản xuất ống kính quang học và gương.
Hệ thống vitme được sử dụng nhiều trên máy công cụ NC và CNC, đặc biệt là máy phay CNC, máy tiện CNC, máy cắt dây EDM kết hợp với động cơ servo điều khiển truyền động các trục. Một số hãng sản xuất vitme bi thông dụng như: HIWIN, PMI, TBI, RSK… 2.2 Phân loại Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vitme cơ bản đó là: vitme đai ốc thường và vitme đai ốc bi.32 - Vitme đai ốc thường: là loại mà vitme và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt - Vitme đai ốc bi: là loại mà vitme và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn. Vitme bi là một hệ thống chuyền động, được gia công chính xác để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít - bu lông (Đai ốc bi). Mà tiếp xúc giữa trục vít và đai vít là một lớp bi thép để giảm tối đa lực ma sát.
Giúp chuyền động một cách trơn tru và chính xác, hoạt động liên tục bền bỉ trong thời gian dài. Ưu điểm của Vitme đai ốc bi: - Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0. 4 do an - Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ. - Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao.
- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài.1 vitme bi và đai ốc bi 2.3 Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi Vitme bi có kết cấu đa dạng nhưng chúng đều có cấu tạo chung như sau: - Vitme - Đai ốc - Vòng bi - Ống hồi tiếp a. Đai ốc bi (SCREW NUT) Đai ốc bi là một cấu trúc ổ bi gồm vỏ ngoài, các viên bi thép chạy dọc trên các rãnh bi được tiện ren bên trong ổ, thông qua các vòng hồi bi tạo thành các vòng tuần hoàn kín hoặc hở (vòng tuần hoàn ngoài), đai ốc kết hợp với trục vitme để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, tạo thành lực kéo. 5 do an Hình 2.2 đai ốc bi. Các loại đai ốc phổ biến gồm có: Đai ốc “ U, I, M ” (Ký hiệu mã: SFUR (Ren phải) / SFUL (Ren trái)) Đặc điểm: Vòng tuần hoàn trong, mỗi vòng tuần hoàn là 01 vòng bi.
Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu chuẩn, cơ cấu trục nhỏ gọn.3 trục vit me và dạng đai ốc “ U, I, M ” Đai ốc “ V ” (Ký hiệu mã: SFVR (Ren phải) / SFVL (Ren trái)) Đặc điểm: Vòng tuần hoàn ngoài, giúp cho hướng bi chạy theo một hướng xuôi theo trục vít. Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu tải nặng, tốc độ vận hành nhanh. 6 do an Hình 2.4 trục vitme và dạng đai ốc “ V” Đai ốc “ K ” (Ký hiệu mã: SFKR (Ren phải) / SFKL (Ren trái)) Đặc điểm: Nhỏ gọn. vòng tuần hoàn kín, mỗi vòng tuần hoàn là 01 vòng bi.
Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu gọn nhẹ, tinh xảo.5 trục vitme và dạng đai ốc “ k” Đai ốc “ S ” (Ký hiệu mã: SFSR (Ren phải) / SFSL (Ren trái)) Đặc điểm: Tuần hoàn theo cơ cấu nắp bịt, hồi bi tại điểm đầu và điểm cuối của đai ốc thông qua nắp bịt, thiết kế cách âm và chống bụi tốt. Thích hợp: sử dụng cho các cơ cấu tải nhẹ và tốc độ cao 7 do an Hình 2.6 trục vitme và dạng đai ốc “ s” b. Hệ thống hồi bi Các viên bi di chuyển bên trong rãnh ren của ổ bi và được tuần hoàn thông qua các loại cơ chế trả về khác nhau. Nếu bi không có cơ chế trả lại (hồi bi) thì nó sẽ rơi ra khỏi đầu ổ bi khi chúng đến cuối ổ.
Vì lý do này, một số phương pháp tuần hoàn với cơ cấu hồi bi khác nhau đã được phát triển.7 Hệ thống hồi bi ngoài trên vít 8 do an Hình 2.8 Hệ thống hồi bi trong trên vitme 2.4 Cách xác định bước ren trên vitme - Bước ren là khoảng cách giữa hai đỉnh ren kề nhau. Phân loại ren - phân loại ren: + Ren tam giác: Ren có biên dạng ren là hình tam giác đều hoặc tam giác cân, ren tam giác thường được dùng làm ren kẹp chặt. + Ren thang: Ren thang có biên dạng ren là hình thang, ren thang thường được dùng làm ren truyền động hoặc ren tải được cả hai phía. 9 do an + Ren vuông: ren vuông có biên dạng là hình vuông hoặc hình chữ nhật, ren vuông cũng thường được dùng làm ren truyền động hoặc ren tải.
+ Ren răng cưa: ren răng cưa có biên dạng là hình tam giác thường, ren răng cưa được dùng làm ren truyền động hoặc ren tải một phía. + Ren tròn Hình 2.9 Phân loại ren theo mặt cắt của ren. Xác định bước ren: - Có rất nhiều cách để xác định bước ren, cách thông dụng nhất là dùng thước lá hay thước cặp đo khoảng cách của 10 hay 20 bước ren, lấy khoảng cách đo được chia cho 10 hoặc 20 để xác định bước ren. - Dãy bước vít thông dụng: 1, 1.
VD: - Đo ra bước vít thấy gần gần 5mm -> bước ren hệ Met, 5mm. - Đo ra bước vít gần 6.5mm -> bước ren hệ inch, 1/4 inch. 10 do an Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1 Tổng quan phần cứng 3.1 Giới thiệu về công nghệ điều khiển động cơ Servo Động cơ servo là thành phần quan trọng của hệ thống điều khiển chuyển động. Để hoạt động được, chúng ta phải nối động cơ servo với các phần cứng, phần mềm hỗ trợ điều khiển chuyển động.
Động cơ servo được kết hợp cơ khí với các thiết bị máy móc khác để cung cấp lực di chuyển các thiết bị này theo yêu cầu của ứng dụng. Trong công nghiệp, hầu hết các dạng động cơ servo sử dụng động cơ một chiều không chổi than. Ứng dụng: - Điều khiển vị trí: Một loại servo phổ biến có hỗ trợ điều khiển vị trí. Thông thường, các cơ cấu servo có thể là điện, thủy lực hoặc khí nén.
Chúng hoạt động trên nguyên lý phản hồi âm, trong đó đầu vào điều khiển được so sánh với vị trí thực tế của hệ thống cơ khí được đo lường bằng một số loại cảm biến tại đầu ra. Khoản chênh lệch giữa giá trị thực tế và giá trị mong muốn (một "tín hiệu sai số") được khuếch đại (và chuyển đổi) và được dùng để điều khiển hệ thống theo hướng cần thiết để giảm hoặc loại bỏ sai số. Quá trình này là một trong những ứng dụng được sử dụng rộng rãi của lý thuyết điều khiển. Các servo điển hình có thể cung cấp một đầu ra là chuyển động tròn (góc quay) hoặc đầu ra chuyển động thẳng.
11 do an Hình 3.1 Van cầu điều khiển với bộ truyền đồng bộ định vị bằng khí nén. Đây là một servo đảm bảo van sẽ mở đến vị trí mong muốn bất chấp ma sát. - Điều khiển tốc độ Điều khiển tốc độ thông qua một thiết bị điều tốc là một loại cơ cấu servo khác. Động cơ hơi nước sử dụng các thiết bị điều tốc cơ khí; một ứng dụng ban đầu khác là để điều chỉnh tốc độ của bánh xe nước.
Trước Thế chiến thứ II cánh quạt tốc độ không đổi được phát triển để điều khiển tốc độ động cơ máy bay. Điều khiển nhiên liệu cho động cơ tuabin khí sử dụng bộ điều tốc điện hoặc thuỷ lực. - Khác Các cơ cấu servo vị trí đầu tiên được sử dụng trong điều khiển hỏa lực quân sự và thiết bị điều hướng hàng hải. Ngày nay, Cơ cấu servo được sử dụng trong các máy công cụ tự động, ăng-ten theo dõi vệ tinh, máy bay điều khiển từ xa, hệ thống định vị tự động trên tàu thuyền và máy bay, và hệ thống điều khiển súng phòng không.
Những ví dụ khác là những hệ thống điều khiển bay trong máy bay, sử dụng các servo để phát động các bề mặt điều khiển của máy bay, và các mô hình điều khiển bằng radio sử dụng các RC servo với cùng mục đích. Nhiều máy ảnh tự động lấy nét cũng sử dụng một cơ cấu servo để di chuyển các ống kính một cách chính xác. Một ổ đĩa cứng có một hệ thống servo từ tính với độ định vị chính xác đến micromet. Trong các máy móc công nghiệp, servo được sử dụng để thực hiện các chuyển động phức tạp, trong nhiều ứng dụng 12 do an 3.2 Cấu hình hệ thống động cơ servo Động cơ servo được sử dụng trong các hệ thống điều khiển chuyển động để cung cấp một lực cơ học cụ thể trong khoảng thời gian nhất định.
Để đạt được điều này, chúng ta phải điều khiển vị trí, vận tốc và mô men của động cơ servo theo yêu cầu ứng dụng. Để hoạt động chuẩn xác, động cơ servo phải kết hợp với: - Bộ điều khiển – Thông thường là PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động chuyên dụng sẽ chạy chương trình điều khiển để thực hiện đúng theo yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng. - Bộ điều khiển động cơ – Thiết bị điện tử có chức năng cung cấp đủ năng lượng cho động cơ theo đúng cách, đúng thời điểm. - Bộ mã hóa xung vòng quay – tạo phản hồi cho hoạt động của động cơ.