Đề tài Nghiên cứu thiết kế chế tạo các bộ điều khiển số (cnc) thông minh và chuyên dụng cho các hệ thống và quá trình phức tạp

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA CHÖÔNG TRÌNH KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA KC.03 ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC CAÁP NHAØ NÖÔÙC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIEÂN CÖÙU THIEÁT KEÁ CHEÁ TAÏO CAÙC BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN SOÁ (CNC) THOÂNG MINH VAØ CHUYEÂN DUÏNG CHO CAÙC HEÄ THOÁNG VAØ QUAÙ TRÌNH PHÖÙC TAÏP MAÕ SOÁ KC.03.12 Chuû nhieäm ñeà taøi: TS . Thaùi Thò Thu Haø 6294 06/02/2006 TP.HCM, thaùng 1-2006 i DANH SAÙCH TAÙC GIAÛ CUÛA ÑEÀ TAØI KH&CN CAÁP NHAØ NÖÔÙC 1. Teân ñeà taøi: Nghieân cöùu, thieát keá, cheá taïo caùc boä ñieàu khieån soá (CNC) thoâng minh vaø chuyeân duøng cho caùc heä thoáng vaø quaù trình phöùc taïp. Maõ soá : KC-03-12 . 2. Thuoäc chöông trình : Chöông trình khoa hoïc coâng ngheä töï ñoäng hoùa KC. 03 3. Thôøi gian thöïc hieän: 10/2001-12/2005. 4. Cô quan chuû trì: Tröôøng Ñaïi hoïc baùch Khoa - Ñaïi hoïc quoác Gia TP.HCM. 5. Boä chuû quaûn : Ñaïi hoïc quoác Gia TP.HCM. 6. Danh saùch taùc giaû: TT HOÏ VAØ TEÂN CHÖÙC DANH CHÖÕ KYÙ 1. Thaùi Thò Thu Haø GVC.Tieán só Chuû nhieäm Ñeà taøi 2. Ñaëng Thaønh Trung Thaïc só 3. Hoà Minh Ñaïo Thaïc só 4. Hoaøng Lanh GV.Kyõ sö 5. Ñaëng Vaên Nghìn Phoù Giaùo sö, Tieán só 6. Nguyeãn Minh Tuaán Thaïc syõ 7. Phan vaên Khaùnh Kyõ sö 8. Voõ Anh Huy Kyõ sö 9. Hoà thanh Taâm Kyõ sö 10. Lyù Taán Huy Kyõ sö 11. Ñaëng Ngoïc Quy Kyõ sö 12. Traàn Nguyeân Duy Phöông Thaïc só Ñang laøm tieán só taïi Canada 13. Traàn Tuaán Ñaït Kyõ sö Ñang laøm thaïc syõ taõi Ñöùc 14. Nguyeãn Vaên Giaùp GVC.Tieán só i 15. Toân Thieän Phöông Thaïc syõ 16. Töø Dieäp Coâng Thaønh Tieán syõ 17. Buøi Quang Ñöôïc Kyõ sö 18. Toâ Hoaøng Minh Kyõ sö Ñang laøm tieán só taïi Haøn Quoác Chuø nhieäm ñeà taøi Tp.Hoà Chí Minh 26/12/2005 Thuû tröôøng cô quan chuû trì Ñeà taøi TS.Thaùi Thò Thu haø xiv BAÛNG CHUÙ GIAÛI CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT NGUYEÂN GOÁC CHÖÕ VIEÁT TAÉT -Intelligent Machining Systems IMS -Open architecture controller OAC - Numerical Control Markup Language NCML - Numerical Control NC - Adaptive contronl with optimisation ACO - Adaptive control with constraints ACC - Open System Architecture for Controls within Automation systems OSACA - Open System Environment for Controllers OSEC - Open Modular Architecture Controller OMAC - Computer Numerical control CNC - Automatic Programming Tool APT - Computer- Aided Manufacturing CAM - Computer-Aided Design CAD - Personal Compute PC - National Instruments NI - Programmable Logic Controller PLC - Application Programming Intreface API - Dynamic Link Lidraries DLL - Recursive least square RLS - Digital Differential Analyse DDA - Measurement & Automation Explorer MAX - Open Modular Architecture Controller) OMAC - Analog to digital converters A/D - Digital to analog converters D/A v MUÏC LUÏC Danh saùch nhöõng ngöôøi thöïc hieän ñeà taøi i Giôùi thieäu toùm taét ñeà taøi ii Muïc luïc v Baûng chuù thích caùc chöõ vieát taét Chöông 1:BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN MAÙY PHAY CNC THOÂNG MINH 1 1.1 Toång quan 1 1.1.1 Giôùi thieäu ñeà taøi nghieân cöùu 1 1.1.2 Tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc 1 1.1.3 Nhaän xeùt 6 1.1.4 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu 6 1.2 Caáu truùc cuûa maùy phay cnc thoâng minh 7 1.2.1 Sô ñoà caáu truùc maùy phay CNC thoâng minh 7 1.2.2 Sô ñoà boä ñieàu khieån thoâng minh 10 1.3 Maùy phay vaø phaàn meàm ñieàu khieån 10 1.3.1 Giôùi thieäu chung 10 1.3.2 Sô ñoà ñieàu khieån cuûa maùy ñaõ thöc hieän 12 1.3.3 Giôùi thieäu caùc phaàn töû cuûa heä thoáng 13 1.3.3.1 Giôùi thieäu phaàn cô cuûa maùy 13 1.3.3.2 Giôùi thieäu caùc motor vaø driver fanuc 14 1.3.3.3 Giôùi thieäu bieán taàn fuji FRENIC 5000G 15 1.3.3.4 Giôùi thieäu PLC MITSUBISHI FX1S 16 1.3.3.5 Giôùi thieäu baøn phím vaø baûng ñieàu khieån 18 1.3.3.6 Giôùi thieäu PCL-812 20 1.3.3.7 Giôùi thieäu PXI 7344 ( Hwardwase ) 21 1.3.3.8 Moät soá caùc ñaëc tính quan troïng cuûa card 7344 22 1.3.3.9 Keát noái heä thoáng ñieän 25 1.3.4 Phaàn meàm ñieàu khieån 28 vi 1.3.4.1 Giôùi thieäu chung 28 1.3.4.2 Giao dieän vaø caùch giao tieáp 29 1.3.4.3 Phaàn meàm ñieàu khieån maùy cnc 32 1.4 Boä ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 33 1.4.1 Khaùi nieäm veà ñieàu khieån thích nghi 33 1.4.2 Caùc khaùi nieäm veà ñieàu khieån thích nghi 35 1.4.2.1 Heä thoáng ñieàu khieån beàn vöõng ñoä khuyeách ñaïi lôùn 35 1.4.2.2 Heä thoáng thích nghi töï dao ñoäng 36 1.4.2.3 Boä ñieàu khieån thích nghi khueách ñaïi choïn loïc 36 1.4.2.4 Boä ñieàu khieån thích nghi moâ hình tham chieáu (Model Reference adaptive system - MRAS) 37 1.4.2.5 Boä töï ñieàu chænh (Self-tuning Regulators- STRs) 37 1.4.4.6 Ñieàu khieån thích nghi coù raøng buoäc ACC 38 1.4.4.7 Ñieàu khieån thích nghi toái öu ACO 38 1.4.3 Xaùc ñònh thoâng soá cho quaù trình ñieàu khieån thích nghi 38 1.4.3.1 Löïc keá Kistler 41 1.4.3.2 Löïc keá döïa treân nguyeân taéc ño bieán daïng baèng strain gage 41 1.4.3.3 Khaùi quaùt veà phaàn meàm DASYLab (Haõng National Instrument) 44 1.4.4 Thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 45 1.4.4.1 Ñoäng hoïc quaù trình phay 45 1.4.4.2 Thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 48 1.4.4.3 ÖÙng duïng ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 52 1.4.4.4 Phaàn meàm ñieàu khieån thích nghi 54 1.4.5 Thöïc nghieäm 54 1.5 Ñieàu khieån quaù trình phay duøng maïng neural 59 1.5.1 Giôùi thieäu 1.5.1.1 Maïng daãn tieán moät lôùp 60 1.5.1.2 Maïng daãn tieán nhieàu lôùp 61 vii 1.5.1.3 Maïng hoài quy 61 1.5.2 Caùc haøm f(.) thöôøng duøng 62 1.5.3 Quaù trình huaán luyeän(Training) 63 1.5.4 Giaûi Thuaät Back-Propagation 64 1.5.5 Thöïc nghieäm 73 1.5.5.1 Huaán luyeän maïng 73 1.5.5.2 Xaùc ñònh troïng soá 76 1.5.5.3 Xaùc ñònh maïng Neural cho quaù trình ñieàu khieån 76 1.5.5.4 Tieán haønh gia coâng vôùi quaù trình ñieàu khieån Neural 77 1.6 Optimal milling 79 1.6.1 Ñaët vaán ñeà 79 1.6.2 Sô ñoà maïch ñieän 80 1.7 Keát luaän 83 Chöông 2: MOÂ HÌNH ÑIEÀU KHIEÅN COÙ CAÁU TRUÙC MÔÛ. 85 2.1 Toång quan 85 2.1.1 Giôùi thieäu veà boä ñieàu khieån coù caáu truùc môû 85 2.1.2 Tình hình nghieân cöùu treân theá giôùi vaø trong nöôùc 90 2.1.3 Nhaän xeùt ñaùnh giaù 92 2.1.4 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu cuûa ñeà taøi 92 2.2 Phaàn cöùng cuûa moâ hình toång quaùt 93 2.2.1 Sô ñoà nguyeân lyù vaø ñieàu khieån 93 2.2.2 Giôùi thieäu caùc thaønh phaàn cô baûn cuûa boä ñieàu khieån 96 2.3 Phaàn meàm ñieàu khieån 103 2.3.1 Caáu truùc file chöông trình CAD/CAM 103 2.3.2 Phaàn meàm ñieàu khieån 103 2.4 Keát quaû nghieân cöùu thöïc nghieäm 104 2.4.1 Moâ hình thí nghieäm 104 2.4.2 Maãu thí nghieäm 105 2.4.3 Caùc thoâng soá thí nghieäm 106 viii 2.4.4 Keát quaû 106 2.5 Keát luaän 107 Chöông 3: NGHIEÂN CÖÙU THIEÁT KEÁ VAØ CHEÁ TAÏO HEXAPOD 108 3.1 Toång quan veà hexapod 108 3.1.1 Nguyeân lyù Stewart 108 3.1.2 Tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc 110 3.1.3 Nhaän xeùt 114 3.1.4 Muïc ñích nghieân cöùu 114 3.2 Caùc baøi toaùn khi thieát keá hexapod 115 3.2.1 Baøi toaùn phaân tích vò trí 115 3.2.1.1 Xaùc ñònh baäc töï do cuûa cô caáu 115 3.2.1.2 Heä toaï ñoä töông ñoái ( Xem phuï luïc 3.1) 116 3.2.1.3 Moâ taû hình hoïc cuûa cô caáu hexapod( Xem phuï luïc 3.2) 116 3.2.2 Phaân tích jacobian vaø löïc tónh 116 3.2.2.1 Ma traän jacobian 116 3.2.2.2 Xaùc ñònh ma traän jacobian 117 3.2.2.3 Phaân tích löïc 118 3.2.3 Baøi toaùn ñoäng hoïc cuûa hexapod 121 3.2.3.1 Baøi toaùn ñoäng hoïc ngöôïc 122 3.2.3.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän 123 3.2.3.3 Thuaät toaùn Newton_Rapshon giaûi gaàn ñuùng heä phöông trình phi tuyeán 124 3.2.4 Phaân tích ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc 127 3.2.4.1. Ñoäng hoïc 127 3.2.4.2 Ñoäng löïc hoïc 134 3.3 Phaàn meàm moâ phoûng 138 3.3.1 Chöông trình moâ phoûng 138 3.3.2 Chöông trình veõ khoâng gian hoaït ñoäng 143 ix 3.4 Thieát keá vaø cheá taïoheä thoáng cô cuûa hexapod 147 3.4.1 Thieát keá vaø tính toaùn caùc chi tieát cô baûn cuûa hexapod 147 3.4.2 ÖÙng duïng Ansys ñeå kieåm tra kích thöôùc caùc phaàn cô cuûa hexapod 147 3.5 Thieát keá boä ñieàu khieån hexapod 151 3.5.1 Noäi suy 151 3.5.1.1 Caùc daïng noäi suy 152 3.5.1.2 Caùc giaûi thuaät noäi suy cho caùc leänh cô baûn cuûa phay CNC 152 3.5.2 Moät soá giaûi thuaät laäp trình gia coâng cho hexapod 152 3.5.2.1 Laäp trình baèng tay vaø ñoïc maõ leänh G code trong tröôøng hôïp phay 2D 152 3.5.2.2 Giaûi thuaät ñoïc file cl file 154 3.5.3 Ñoïc maõ leänh G codes töông öùng vôùi maùy phay 5 truïc 155 3.6 Boä ñieàu khieån cho hexapod 156 3.6.1 Sô ñoà ñieàu khieån chung 156 3.6.2 Giaûi thuaät ñieàu khieån song song 157 3.6.3 Heä thoáng SERVO 170 3.6.4 Maïch ñieàu khieån sensor 175 3.7 Thöïc nghieäm 178 3.8 Keát luaän 182 Chöông 4: HEÄ THOÁNG ÑÒNH LÖÔÏNG NHIEÀU THAØNH PHAÀN 183 4.1 Toång quan 183 4.1.1 Giôùi thieäu chung 183 4.1.2 Toång quan tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc 183 4.1.3 Nhaän xeùt 185 4.1.4 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu 185 4.2 Thieát keá phaàn cô cuûa heä thoáng ñònh löôïng töï ñoäng 186 x 4.2.1 Phaân tích choïn phöông aùn thieát keá 186 4.2.1.1 Ñaëc tính vaät lieäu 186 4.2.1.2 Choïn nguyeân lyù 186 4.2.2 Löïa choïn loadcell 192 4.2.3 Thieát keá thuøng chöùa vaø pheãu caáp lieäu 194 4.2.3.1 Caùc daïng doøng chaûy vaät lieäu 194 4.2.3.2 Moät soá phöông aùn löïa choïn hình daùng thuøng chöùa 196 4.2.3.3 Thieát keá thuøng chöùa 197 4.2.3.4 Choïn löïa hình daùng thuøng chöùa vaø pheãu trung gian 197 4.2.4 Thieát keá cuïm ñònh löôïng thoâ tinh 199 4.2.5 Thieát keá cuïm caân 202 4.2.5.1 Sô ñoà nguyeân lyù 202 4.2.5.2 Thieát keá pheãu chöùa 203 4.2.5.3 Thieát keá khung caân 205 4.2.6 Thieát keá heä thoáng baûo ñaûm möùc 206 4.3 Thieát keá boä ñieàu khieån 207 4.3.1 Sô ñoà ñieàu khieån chung cuûa maùy 207 4.3.2 Boä chæ thò caân AD-4401 208 4.3.3 Caùc khoái chöùc naêng 4.3.4 Caùc ngoõ giao tieáp 211 4.3.5 Caùc cheá ñoä buø (Compensation) (SQF-03) 211 4.3.6 Moâ taû chu trình caân töï ñoäng 213 4.4 Laäp trình plc melsec fx1s 218 xi 4.4.1 Caùc ngoõ vaøo/ra vaø moâ taû phaàn cöùng 218 4.4.1.1 Caùc ngoõ vaøo ra 219 4.4.1.2 Moâ taû phaàn cöùng 220 4.4.2 Chöông trình PLC daïng ladder 221 4.5 Söû duïng maïng rs-485 thieát laäp cheá ñoä caân 222 4.5.1 Sô ñoà noái maïng heä thoáng 222 4.5.2 Caùc leänh truyeàn cho boä chæ thò caân AD_4401 223 4.5.3 Laäp trình giao tieáp vôùi maùy tính 225 4.5.4 Caøi ñaët phöông thöùc truyeàn thoâng ôû PLC 226 4.5.5 Caøi ñaët treân maùy tính ñeå baøn duøng heä ñieàu haønh Windows 9x 227 4.6 Caùc caùch hieäu chænh vaø vaän haønh 228 4.6.1 Thay ñoåi ñoä môû löôõi gaø 228 4.6.2 Thay ñoåi thoâng soá boä AD-4401 229 4.6.3 Ca líp 229 4.6.4 Vaän haønh 231 4.7 Ñaùnh giaù keát quaû 234 4.8 Keát luaän 237 Chöông 5: CAÛI TIEÁN HEÄ THOÁNG ÑÒNH LÖÔÏNG VÍT 238 5.1 Ñaët vaán ñeà 238 5.2 Choïn phöông aùn ñònh löôïng 238 5.2.1 Caùc ñaëc ñieåm khi ñònh löôïng buloâng-vít-ñai oác 238 5.2.2 Caùc yeâu caàu kyõ thuaät 239 5.2.2.1 Naêng suaát 239 xii 5.2.2.2 Ñoä chính xaùc 239 5.2.2.3 Chaát löôïng saûn phaåm 239 5.2.3 Sô ñoà phöông aùn ñònh löôïng 239 5.2.3.1 Thuøng chöùa 240 5.2.3.2 Giai ñoaïn chuyeån tieáp 240 5.2.3.3 Xích taûi 241 5.2.3.4 Cô caáu chia phoâi 241 5.2.3.5 Maùng rung phaúng coù boä phaän taïo rung baèng ñieän töø 241 5.2.3.6 Maùng rung xoaén 241 5.3 Nguyeân lyù hoaït ñoäng 241 5.4 Heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.1 Yeâu caàu ñoái vôùi heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.2 Ñaëc ñieåm khi thieát keá heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.3 Caùc cô caáu chính cuûa heä thoáng ñieàu khieån 243 5.4.3.1 Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån 244 5.4.3.2 Caùc boä phaän chính cuûa heä thoáng ñieàu khieån 244 5.4.3.3 Sô ñoà nguyeân lyù 246 5.5 Thieát keá heä thoáng ñieän 247 5.5.1 Cô caáu caàn laéc vaø maùng rung chuyeån tieáp 247 5.5.1.1 Löïa choïn caùc caûm bieán 248 5.5.1.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng 249 5.5.2 Cô caáu chia phoâi, maùng rung phaúng vaø maùng rung xoaén 249 5.5.2.1 Yeâu caàu kó thuaät 249 xiii 5.5.2.2 Sô ñoà ñieàu khieån 250 5.5.2.3 Löïa choïn caùc caûm bieán 250 2.5.2.4 Nguyeân lyù hoaït ñoäng 251 5.5.3 Caûm bieán khoái löôïng 251 5.5.3.1 Ñoä phaân giaûi 251 5.5.3.2 Thôøi gian ñaùp öùng 252 5.6 Chöông trình ñieàu khieån 253 5.6.1 Sô ñoà ñieàu khieån chung 253 5.6.2 Boä chuyeån ñoåi A/D 254 5.6.2.1 Nguyeân lyù cuûa caùc boä bieán ñoåi A/D 254 5.6.2.2 Yeâu caàu kó thuaät cuûa boä A/D 254 5.6.3 Caùc ñòa chæ noái keát vôùi PLC 256 5.6.3.1 Ñaàu vaøo 256 5.6.3.2 Ñaàu ra 257 5.6.3.3 Löïa choïn caùc thanh ghi 257 5.6.4 Maøn hình got 930 258 5.6.5 Chöông trình ñieàu khieån 260 5.6.5.1 Löu ñoà ñieàu khieån 260 5.6.5.2 Chöông trình ñieàu khieån 261 5.7 Thöïc nghieäm 263 5.8 Keát luaän 263 Chöông 6: KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ 264 ii LÔØI NOÙI ÑAÀU Boä ñieàu khieån thoâng minh coù yù nghóa quan troïng trong töï ñoäng hoùa vaø quaù trình saûn xuaát hieän ñaïi. Taàm quan troïng naøy ñöôïc theå hieän qua moät soá coâng trình cuûa Fritschow, Wright vaø James. Ngay töø naêm 1993, GS Fritschow ñaõ khaúng ñònh boä ñieàu khieån thoâng minh treân neàn taûng cuûa boä ñieàu khieån caáu truùc môû seõ laøm thay ñoåi ngaønh coâng nghieäp cheá taïo maùy coâng cuï trong töông lai. Trong cuoán saùch Saûn xuaát ôû theá kyû 21 , Wright ñaõ neâu xu theá phaùt trieån cuûa cheá taïo maùy veà maùy thoâng minh vaø taàm quan troïng cuûa noù. Trong chieán löôïc phaùt trieån cheá taïo maùy ôû Chaâu AÂu giai ñoaïn 2015 – 2020 ñaõ coù nhöõng döï aùn sau ñaây: - Heä thoáng caáu truùc môû ñeå ñieàu khieån thoâng minh maùy CNC. - Boä ñieàu khieån caáu truùc môû. - Giaùm saùt tröïc tuyeán thoâng minh vaø ñieàu khieån thích nghi. Naêm 2002, trong döï baùo töông lai cuûa ngaønh cheá taïo maùy Jordan James cuõng nhaán maïnh vai troø cuûa boä ñieàu khieån caáu truùc môû. Chính vì tính caáp thieát cuûa boä ñieàu khieån thoâng minh nhö vaäy cho neân trong chöông trình nghieân cöùu troïng ñieåm cuûa nhaø nöôùc veà töï ñoäng hoùa giai ñoaïn 2001 – 2005 coù nhieäm vuï cuûa ñeà taøi KC.03.12 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ (CNC) THÔNG MINH VÀ CHUYÊN DỤNG CHO CÁC HỆ THỐNG VÀ QUÁ TRÌNH PHỨC TẠP. Saûn phaåm nghieân cöùu cuûa ñeà taøi KC.03.12 bao goàm: - Maùy phay CNC 3 truïc vôùi boä ñieàu khieån thoâng minh. - Moâ hình ñieàu khieån toång quaùt. - Moâ hình Hexapod. - Heä thoáng ñònh löôïng nhieàu thaønh phaàn. - Boä ñieàu khieån caûi tieán heä thoáng ñònh löôïng vít. Ñeå thöïc hieän caùc saûn phaåm naøy, chuùng toâi phaûi trieån khai thieát keá cheá taïo phaàn cöùng cuõng nhö xaây döïng boä ñieàu khieån vaø caùc chöông trình phaàn meàm ñieàu khieån iii caùc thieát bò töông öùng. Maët khaùc, nhöõng saûn phaåm naøy cuõng khaùc bieät nhau veà coâng duïng, cho neân ñeå thöïc hieän caùc nhieäm vuï naøy chuùng toâi phaûi cheá taïo theâm phaàn cöùng cô khí. • Trong saûn phaåm thöù nhaát chuùng toâi aùp duïng boä ñieàu khieån soá CNC thoâng minh thích nghi treân maùy phay CNC. Boä ñieàu khieån thoâng minh ñöôïc theå hieän qua caùc giaûi thuaät thích nghi vaø duøng Neural. Tính thoâng minh ñöôïc theå hieän qua khaû naêng thich nghi cuûa maùy trong nhieàu tröôøng hôïp. • Caáu truùc môû laø moät trong nhieàu ñaëc tính thoâng minh cuûa thieát bò. Vì vaäy saûn phaåm thöù 2 cuûa ñeà taøi laø moâ hình ñieàu khieån toång quaùt goàm phaàn cöùng laø moät maùy phay CNC kích thöôùc nhoû ñöôïc tích hôïp vôùi boä ñieàu khieån caáu truùc môû. • Moät daïng phaùt trieån môùi cuûa maùy coäng cuï CNC laø Hexapod khaùc vôùi maùy coâng cuï CNC truyeàn thoáng, maùy coâng cuï Hexapod phaûi coù boä ñieàu khieån coù khaû naêng ñieàu khieån ñoàng thôøi saùu chaân theo nguyeân lyù STEWART. Cho neân saûn phaåm thöù ba cuûa ñeà taøi nghieân cöùu laø moâ hình Hexapod. • Ñònh löôïng cuõng laø moät trong nhöõng coâng ñoaïn quan troïng cuûa quaù trình saûn xuaát thöïc phaåm ,ñöôøng, söõa, boät ngoït, thöùc aên gia suùc, xi maêng ...Trong quaù trình ñònh löôïng caùc saûn phaåm nhieàu thaønh phaàn coù khoái löôïng nhoû, ñoä chính xaùc cao cuõng caàn thieát boä ñieàu khieån thoâng minh. Trong saûn phaåm thöù tö cuûa ñeà taøi chuùng toâi taäp trung nghieân cöùu caû phaàn cöùng laãn phaàn ñieàu khieån cuûa heä thoáng ñònh löôïng nhieàu thaønh phaàn. • Moät ñaëc ñieåm cuûa bu loâng, oác, vít laø coù ren neân raát khoù ñònh löôïng chính xaùc. Saûn phaåm thöù naêm cuûa ñeà taøi taäp trung vaøo vieäc nghieân cöùu caûi tieán heä thoáng ñònh löôïng vít. Nhoùm nghieân cöùu hy voïng qua vieäc thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu naøy coù theå ñoùng goùp moät phaàn veà phöông phaùp luaän, caùc keát quaû nghieân cöùu coù theå phuïc vuï cho coâng taùc nghieân cöùu, giaûng daäy vaø öùng duïng trong saûn xuaát. Noäi dung trình baøy trong baùo caùo ñöôïc theå hieän ôû caùc chöông sau : Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy phay CNC thoâng minh. iv Chöông 2: Moâ hình ñieàu khieån toång quaùt. Chöông 3: Nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo hexapod. Chöông 4: Heä thoáng ñònh löôïng nhieàu thaønh phaàn. Chöông 5: Caûi tieán heä thoáng ñònh löôïng vít. Chöông 6: Keát luaän vaø kieán nghò. Vôùi nhöõng keát quaû ñaït ñöôïc, chuùng toâi raát mong nhaän ñöôïc nhöõng yù kieán ñaùnh giaù, goùp yù cuûa hoäi ñoàng nghieäm thu caùc caáp ñeå hoaøn thieän toát hôn nhaèm phuïc vuï hieäu quaû trong saûn xuaát vaø ñaøo taïo. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 1 CHÖÔNG 1 BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN MAÙY PHAY CNC THOÂNG MINH 1.1 TOÅNG QUAN 1.1.1 Giôùi thieäu ñeà taøi nghieân cöùu Hieän nay vôùi söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa khoa hoïc kyõ thuaät, caùc quaù trình saûn xuaát phöùc taïp ñöôïc thöïc hieän moät caùch linh hoaït vaø chính xaùc. Söï phaùt trieån vaø nhöõng thaønh töïu cuûa coâng nghieäp thoâng tin cho pheùp chuùng ta coù theå giaùm saùt tröïc tuyeán hieän traïng cuûa caùc heä thoáng saûn xuaát vaø gia coâng phöùc taïp. Khoâng nhöõng theá ngöôøi ta coøn ñieàu khieån ñöôïc caùc quaù trình cuõng nhö heä thoáng gia coâng hoaït ñoäng ñeå ñaït ñöôïc nhöõng muïc tieâu mong muoán. Nhö chuùng ta ñeàu roõ vai troø cuûa maùy coâng cuï ñeå cheá taïo ra caùc thieát bò maùy moùc khaùc. Maùy phay laø moät trong nhöõng maùy coâng cuï phöùc taïp veà keát caáu cuõng nhö ñieàu khieån, ñöôïc aùp duïng nhieàu trong saûn xuaát. Hieän nay maùy coâng cuï CNC ra ñôøi ñaõ ñem laïi nhöõng hieäu quaû to lôùn. Tuy nhieân vôùi nhöõng boä ñieàu khieån thoâng thöôøng thì khoù ñaït ñöôïc caùc chæ tieâu mong muoán veà chaát löôïng cuõng nhö naêng suaát khi maø caùc yeáu toá ngaãu nhieân luoân thay ñoåi vaø aûnh höôûng ñeán heä thoáng gia coâng. Chính vì leõ ñoù maø boä ñieàu khieån CNC thoâng minh ñang ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc treân theá giôùi quan taâm nghieân cöùu. Vôùi öu vieät noåi troäi cuûa boä ñieàu khieån CNC thoâng minh ngoaøi vieäc aùp duïng cho caùc maùy coâng cuï noù coøn ñang ñöôïc nghieân cöùu ñeå aùp duïng vaøo cho caùc quaù trình saûn xuaát vaø heä thoáng gia coâng phöùc taïp khaùc. Do vaäy vieäc nghieân cöùu ñeå thieát keá vaø cheá taïo boä ñieàu khieån thoâng minh cho maùy phay CNC laø caáp thieát. 1.1.2 Tình hình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 2 Treân theá giôùi vieäc nghieân cöùu boä ñieàu khieån thoâng minh ñaõ ñöôïc öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc khaùc nhau, ñaëc bieät laø vieäc nghieân cöùu trong lónh vöïc öùng duïng treân maùy CNC. Trong quaù trình nghieân cöùu caùc taùc giaû ñaõ ñöa ra moät soá khaùi nieäm veà maùy thoâng minh. Cho ñeán nay, coù khaù nhieàu ñònh nghóa veà maùy coâng cuï thoâng minh. Trong cuoán saùch vieát naêm 1988, Wright vaø Bourne ñaõ ñöa ra moät soá yù töôûng vaø möùc ñoä thoâng minh cho maùy coâng cuï. Nacsa J [1, 2, 3, 4] ñaõ toång quan laïi nhöõng coâng trình nghieân cöùu lieân quan ñeán maùy coâng cuï thoâng minh. Trong caùc baøi baùo naøy ñaõ ñöa ra nhöõng nhu caàu thöông maïi veà maùy coâng cuï thoâng minh theo döï baùo cuûa Wright töø naêm 1988 vaø cho ñeán nay. Monostoris laïi phaân loaïi caùc maùy thoâng minh thaønh 3 phaàn: ¾ Ñieàu khieån giaùm saùt duïng cuï. ¾ Moâ hình hoùa vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa maùy. ¾ Ñieàu khieån thích nghi. Heä thoáng gia coâng thoâng minh ñaàu tieân ñöôïc trình baøy bôûi K. Mori vaø Kasashina vaøo naêm 1993 coù teân goïi laø thieát bò MEL-MASTER ( Hình 1.1). Hình 1.1: Heä thoáng thieát bò MEL-MASTER Maùy coâng cuï thoâng minh ñang ñöôïc nghieân cöùu ôû phoøng thí nghieäm Kakino, tröôøng ñaïi hoïc Kyoto (Nhaät Baûn), töø döï aùn ñaàu tieân veà ñieàu khieån soá thoâng minh (INC). Döï aùn INC ñöôïc baét ñaàu töø naêm 1997 vaø vaãn ñang tieáp tuïc nghieân cöùu. • Giai ñoaïn ñaàu tieân töø naêm 1997÷2000 laø nghieân cöùu veà maùy khoan thoâng minh. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 3 • Giai ñoaïn thöù hai töø naêm 2000 ÷ 2002 laø nghieân cöùu quaù trình ta roâ vaø phay thoâng minh. • Giai ñoaïn thöù ba töø naêm 2002 trôû ñi laø nghieân cöùu caùc quaù trình gia coâng khaùc. • Töø naêm 1997 nhoùm nghieân cöùu cuûa Giaùo Sö Kakino ñaõ coâng boá nhieàu baøi baùo veà caùc maùy coâng cuï thoâng minh cho caùc quaù trình khoan, ta roâ. Nguyeân lyù ñieàu khieån thoâng minh quaù trình khoan ñöôïc theå hieän qua sô ñoà toång theå hình 1.2. Hình 1.2: Sô ñoà maùy thoâng minh cuûa döï aùn INC Ñeå coù theå nghieân cöùu caùc tính chaát cuûa boä ñieàu khieån naøy caàn coù caùc cô caáu chaáp haønh nhieàu caáp ñaëc tröng cho moät heä thoáng phöùc taïp trong ngaønh cheá taïo maùy. Theo Atsuhi Matsubara, Soichi IBARAKU vaø Yoshiaki KaKINO ôû tröôøng Kyoto, maùy khoan thoâng minh ñöôïc theå hieän ôû 3 möùc ñieàu khieån sau: ¾ Möùc 1 : Ñieàu khieån doøng ñieän, vaän toác, vò trí. ¾ Möùc 2 : Ñieàu khieån löïc caét. ¾ Möùc 3: Ñieàu khieån tröïc tuyeán vaø khoâng tröïc tuyeán. Ngoaøi ra theo Yoshiaki Kakino maùy thoâng minh coù hai loaïi: feedback, hoaëc feedforward. Coøn theo Altintas, Ñaïi hoïc British Columbia Canada thì caáu truùc chung phaàn cöùng cuûa maùy thoâng minh chæ ra treân hình 1.3. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 4 Hình 1.3 : Caáu truùc cuûa heä thoáng maùy thoâng minh cuaû Altintas Heä thoáng gia coâng thoâng minh naøy coù theå ñaùp öùng caùc yeâu caàu thoâng minh khaùc nhau nhö: Ñieàu khieån thích nghi, giaùm saùt ñieàu kieän gia coâng vaø ñieàu khieån quaù trình. Theo Altintas, trong maùy phay thoâng minh caàn phaûi coù: ¾ Phaàn cöùng laø moät maùy phay CNC truyeàn thoáng. ¾ Caùc caûm bieán khaùc nhau ñeå nhaän bieát veà tieáng oàn, rung ñoäng, löïc caét,… ¾ Boä ñieàu khieån giaùm saùt. ¾ Boä ñieàu khieån CNC. Heä thoáng gia coâng thoâng minh do Dharan vaø Won [5] ñeà xuaát bao goàm moät trung taâm gia coâng truyeàn thoáng ñöôïc trang bò theâm caùc caûm bieán löïc, caûm bieán vò trí vaø boä ñieàu khieån thoâng minh ñeå ñieàu khieån quaù trình khoan vaät lieäu composite. Ozaki vaø Sheng nghieân cöùu quaù trình khoan vaät lieäu composite treân trung taâm gia coâng NAOSSURA MC 510-VSS ñöôïc tích hôïp vôùi caùc caûm bieán löïc Kistler 9271A vaø boä ñieàu khieån thoâng minh. N.K.Mehta Vieän kyõ thuaät Roorkee- AÁn ñoä ñöa ra moâ hình ñieàu khieån thoâng minh cho quaù trình tieän (Hình 1.4). Bộ điều khiển CNC Bộ điều khiển chương trình logic Module ñieàu khieån thao taùc thoâng minh (Maïch xöû lyù tín hieäu soá vôùi giao tieáp qua caùc coång A/D vaø D/A) Lực, rung động, nhiệt độ, ñöôïc sensor gaén treân maùy nhận biết 3 thành phần tạo nên chuyển động cắt CNC Monitor Z Y X Microphone Bàn máy Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 5 Hình 1.4: Moâ hình ñieàu khieån thích nghi khi gia coâng tieän Tae Young Kim vaø Jongwon Kim ( Ñaïi hoïc quoác gia Seoul- Haøn quoác ) nghieân cöùu giôùi thieäu boä ñieàu khieån thích nghi löïc caét cho quaù trình phay (Hình 1.5). Hình 1.5: Sô ñoà maùy phay CNC ngang coù ñieàu khieån thích nghi Ngoaøi ra coøn raát nhieàu caùc coâng trình nghieân cöùu taïi caùc nöôùc khaùc nhö : Thuïy Ñieån, Trung Quoác v.v..Qua caùc coâng trình naøy chuùng toâi nhaän thaáy heä thoáng gia coâng thoâng minh coù theå ñaùp öùng caùc yeâu caàu thoâng minh khaùc nhau nhö: Ñieàu khieån thích nghi, giaùm saùt vaø ñieàu khieån quaù trình gia coâng. ÔÛ trong nöôùc ñaõ coù nhöõng nghieân cöùu veà lónh vöïc maùy gia coâng thoâng minh ôû Vieän maùy coâng cuï IMI, Vieän kyõ thuaät quaân söï. Caùc coâng trình nghieân cöùu naøy ñaõ ñaït ñöôïc nhöõng keát quaû nhaát ñònh nhö giaùm saùt quaù trình gia coâng, ñieàu khieån thích nghi khi thoâng soá löïc caét vöôït quaù giaù trò cho pheùp. Coù leõ moïi tieâu chí veà ñieàu khieån thoâng minh, heä thoáng thoâng minh vaø boä ñieàu khieån thoâng minh coù theå ñöôïc kieåm ñònh bôûi hoaït ñoäng cuûa heä thoáng gia coâng thoâng minh, vì vaäy chính boä ñieàu khieån thoâng minh seõ quyeát ñònh tính thoâng minh cuûa heä thoáng. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 6 1.1.3 Nhaän xeùt Sau khi nghieân cöùu nhöõng taøi lieäu nghieân cöùu veà heä thoáng gia coâng thoâng minh chuùng toâi coù nhaän xeùt sau ñaây: Heä thoáng gia coâng thoâng minh laø heä thoáng maø coù söû duïng moät trong nhöõng yeáu toá sau ñaây: ¾ Coù caûm bieán. ¾ Caùc voøng laëp ñieàu khieån. ¾ Caáu truùc môû. ¾ Ñieàu khieån thích nghi. ¾ Ñieàu khieån duøng Neural. ¾ Ñieàu khieån duøng Fuzzy. ¾ Ñieàu khieån giaùm saùt. Caáu truùc cuûa moät heä thoáng gia coâng thoâng minh bao goàm heä thoáng gia coâng CNC ñöôïc ñieàu khieån bôûi boä ñieàu khieån thoâng minh . Boä ñieàu khieån thoâng minh CNC laø boä phaän quan troïng nhaát quyeát ñònh khaû naêng ñaït muïc tieâu cuûa moät heä thoáng gia coâng thoâng minh . 1.1.4 Muïc ñích vaø noäi dung nghieân cöùu Muïc ñích chính cuûa ñeà taøi laø thieát keá vaø cheá taïo boä ñieàu khieån CNC thoâng minh cho moät maùy phay. Tuy nhieân neáu chæ coù boä ñieàu khieån thì chuùng ta khoâng theå nghieân cöùu thöû nghieäm cuõng nhö ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa boä ñieàu khieån naøy. Chính vì leõ ñoù muïc ñích toång theå cuûa ñeà taøi laø thieát keá vaø cheá taïo boä ñieàu khieån cho maùy CNC thoâng minh, tích hôïp vaø ñieàu khieån maùy phay CNC. Ñeå ñaït ñöôïc muïc tieâu naøy chuùng toâi thaáy caàn nghieân cöùu nhöõng noäi dung sau ñaây: ¾ Nghieân cöùu toång quan taøi lieäu veà ñieàu khieån thoâng minh cuõng nhö heä thoáng gia coâng thoâng minh. ¾ Xaùc ñònh caáu truùc cuûa maùy phay CNC thoâng minh. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 7 ¾ Nghieân cöùu phaàn cöùng maùy phay CNC vaø phaàn meàm ñieàu khieån. ¾ Nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo boä ñieàu khieån thoâng minh treân cô sôû ñieàu khieån thích nghi. ¾ Phaân tích löïa choïn chæ tieâu ñeå ñieàu khieån thích nghi. ¾ Nghieân cöùu ñieàu khieån quaù trình phay duøng Neural. ¾ Nghieân cöùu thöïc nghieäm ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay vaø quaù trình. ñieàu khieån duøng neural. 1.2 CAÁU TRUÙC CUÛA MAÙY PHAY CNC THOÂNG MINH 1.2.1 Sô ñoà caáu truùc maùy phay CNC thoâng minh Caáu truùc cuûa maùy phay CNC thoâng minh ñöôïc moâ taû cuï theå treân hình 1.6. Hình 1.6: Caáu truùc cuûa maùy phay CNC thoâng minh Heä thoáng bao goàm coù caùc boä phaän sau ñaây: ¾ Maùy phay CNC 3 truïc vôùi boä ñieàu khieån PC-based ñöôïc xaây döïng treân neàn card ñieàu khieån chuyeån ñoäng PCI-7344: Ñaây laø moät maùy phay CNC 3 truïc hoaøn chænh, coù ñaày ñuû caùc chöùc naêng cuûa caùc maùy CNC thoâng thöôøng. Ngoaøi ra phaàn meàm ñieàu khieån coøn coù khaû naêng nhaän tín hieäu hoài tieáp töø maùy tính, xöû lyù tín hieäu löïc caét vaø hieäu chænh tröïc tuyeán toác ñoä chaïy dao. ¾ Löïc keá ño löïc caét theo 3 phöông X,Y,Z. CNC FANUC Máy tính 2 + Phần mềm hiển thi (DASYLab)+ Điều khiển thích nghi Quá trình phay Lượng chạy dao Lực cắt tham chiếu Card điều khiển Flexmotion PCI - 7344 Máy tính 1 + CNC Controller Card PCL -812PG Điều chỉnh lượng chạy dao Luợng chạy dao Lực kế Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 8 ¾ Phaàn thu nhaän vaø xöû lyù tín hieäu caûm bieán löïc caét: Phaàn naøy coù chöùc naêng thu nhaän, loïc, khuyeách ñaïi vaø xöû lyù caùc tín hieäu töø caûm bieán löïc caét, tính toaùn vaø ñöa ra caùc giaù trò môùi cuûa löôïng chaïy dao. Hoaït ñoäng cuûa heä thoáng naøy ñöôïc moâ taû theo sô ñoà hình 1.7 Hình 1.7 : Sô ñoà maùy phay thoâng minh thöïc hieän taïi tröôøng ÑH.Baùch Khoa.TPHCM Quaù trình laäp trình vaø giaùm saùt coù theå thöïc hieän treân boä ñieàu khieån caáu truùc môû (OAC), ôû ñaây chuùng toâi thöïc hieän caáu truùc môû veà phaàn meàm, quaù trình laäp trình, gia coâng, giaùm saùt vaø ñieàu khieån thích nghi ñöôïc thöïc hieän treân maùy CNC coù caáu truùc OAC ñeå coù theå cuøng moät luùc chaïy chöông trình vaø ñieàu khieån thay ñoåi thoâng soá coâng ngheä cuûa quaù trình gia coâng. Chi tieát ñöôïc theå hieän ôû daïng 3D, sau ñoù chuyeån sang ngoân ngöõ maùy. Laäp trình ñöôøng chaïy dao: Caùc phaàn meàm CAM coù khaû naêng taïo ra caùc ñöôøng chaïy dao cho baát kyø chi tieát naøo. Vieäc cheá taïo caàn phaûi phaân tích töø caùc yeâu caàu kyõ thuaät cuûa chi tieát, caùc ñöôøng chaïy dao, khaû naêng cuûa maùy CNC vaø quyeát ñònh caùc thoâng soá hình hoïc cuûa dao vaø caùc thoâng soá coâng ngheä cuûa quaù trình gia coâng . Moâ hình hoùa hình hoïc vaø cô cheá caét: Moâ phoûng quaù trình gia coâng cuûa chi tieát vaø duïng cuï caét ñöôïc thöïc hieän, löôïng chaïy dao vaø toác ñoä truïc chính. Bieát loaïi dao vaø caùc thoâng soá coâng ngheä seõ tính ñöôïc löïc caét. Giaù trò löïc caét phaûi ñaûm baûo cho löôõi caét vaø chi tieát khoâng Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 9 coù hieän töôïng quaù nhieät vaø bò moøn. Giöõa löïc caét vaø löôïng chaïy dao coù moái quan heä vôùi nhau. Boä ñieàu khieån trung taâm: Maùy CNC coù caáu truùc OAC, thu thaäp döõ lieäu vaø phoái hôïp döõ lieäu cuøng vôùi vieäc chaïy döõ lieäu xaûy ra ñoàng thôøi . Ví duï nhö: Löïc caét, löôïng chaïy dao, toác ñoä truïc chính ñöôïc thu thaäp trong khoaûng moät miligiaây bôûi OAC töø caùc caûm bieán khaùc nhau treân maùy, vaø löu tröõ laïi nhö laø bieán trong thôøi gian thöïc cuûa maùy. Caùc döõ lieäu naøy coù theå ñöôïc giöõ cho heä thoáng ñieàu khieån thích nghi vaø cho moâ hình ñieàu chænh. Chöông trình chaïy bôûi maùy CNC bao haøm löôïng chaïy dao xaùc ñònh thoâng qua vieäc duøng moâ hình quaù trình. Do vaäy chuùng ta coá gaéng thu nhaän löïc vôùi giaù trò cöïc ñaïi cho pheùp, ñieàu naøy raát quan troïng ñeå ñaûm baûo moâø hình döï ñoaùn löïc laø chính xaùc. Chuùng thöïc hieän so saùnh löïc ño ñöôïc vôùi löïc döï ñoaùn trong suoát quaù trình gia coâng. Neáu söï khaùc nhau naøy coù thì heä thoáng coù theå taêng hoaëc giaûm löôïng chaïy dao trong thôøi gian ñieàu khieån thöïc hoaëc thay ñoåi löôïng chaïy dao trong chöông trình. Moâ hình ñieàu chænh vaø ñieàu khieån thích nghi: Moâ hình ñieàu chænh vaø ñieàu khieån löïc laø caàn thieát khi vieäc xaùc ñònh löïc caét laø khaùc nhau ñaùng keå töø caùc giaù trò löïc ño ñöôïc. Ñieàu naøy laø do ñoä khoâng chính xaùc cuûa moâ hình tính toaùn, ñoä moøn duïng cuï, söï thay ñoåi höôùng gia coâng, thay ñoåi ñoä cöùng cuûa vaät lieäu chi tieát vaø nhieàu aûnh höôûng khaùc coù theå gaây ra ñoä khoâng chính xaùc. Chuùng ta coù hai caùch ñeå ñieàu chænh löïc caét ñaït ñeán giaù trò lôùn nhaát cho pheùp laø moâ hình ñieàu chænh vaø ñieàu khieån thích nghi. Moâ hình ñieàu chænh laø phöông phaùp tröïc tuyeán ñeå tính toaùn vaø caäp nhaät löôïng chaïy dao cuûa quaù trình gia coâng ñeå thay ñoåi chuùng. Thuaät toaùn bình phöông nhoû nhaát tröïc tuyeán ñeå xaùc ñònh haèng soá. Döõ lieäu löïc töø OAC ñöôïc thích hôïp vôùi caùc thoâng soá hình hoïc cuûa dao vaø ñöôïc söû duïng laø ñaàu vaøo cuûa thuaät toaùn xaùc ñònh. Moät soá môùi ñaõ ñöôïc xaùc ñònh, chöông trình löôïng chaïy dao seõ tính toaùn laïi. Chöông trình môùi seõ ñöôïc taûi tôùi OAC ñeå thay ñoåi chöông trình. Maët khaùc chuù yù raèng ôû ñaây chæ ñieàu chænh löôïng chaïy dao cuûa OAC thoâng qua vieäc söû duïng thoâng soá Feedrate Override. Thoâng soá naøy toàn taïi trong cô sôû döõ lieäu cuûa OAC vaø thöïc hieän cuøng moät chöùc naêng nhö Feedrate Overide pot. Vieäc ñieàu khieån thích nghi cung caáp gaàn nhö ñieàu khieån löïc ngay laäp töùc. Vieäc thu nhaän caùc giaù trò löïc ño ñöôïc tröïc tuyeán ñöôïc so saùnh vôùi löïc mong muoán vaø ñieàu chænh Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 10 löôïng chaïy dao döïa vaøo söï khaùc nhau giöõa chuùng. Ñoù laø ñieàu quan troïng ñeå chuù yù raèng heä thoáng voøng kín naøy khoâng duy trì ñieàu khieån treân toaøn boä caùc löôïng chaïy dao. Noù chæ thay ñoåi trong moâ hình ñaõ choïn löôïng chaïy dao theo phaàn traêm söï thay ñoåi. 1.2.2 Sô ñoà boä ñieàu khieån thoâng minh Ñeå thöïc hieän thieát keá maùy phay CNC thoâng minh thì boä ñieàu khieån ñoùng moät vai troø quan troïng. Sô ñoà cuûa boä ñieàu khieån thích nghi ñöôïc trình baøy treân hình 1.8. Hình 1.8: Sô ñoà boä ñieàu khieån thoâng minh 1.3 MAÙY PHAY VAØ PHAÀN MEÀM ÑIEÀU KHIEÅN 1.3.1 Giôùi thieäu chung Maùy phay CNC laø moät daïng maùy coâng cuï ñöôïc ñieàu khieån theo chöông trình soá. Tröôùc ñaây heä ñieàu khieån NC cuõng laø heä ñieàu khieån theo chöông trình soá nhöng coù nhöôïc ñieåm laø keùm linh hoaït. Ñieàu naøy laøm taêng thôøi gian phuï (Thôøi gian döøng maùy...). Ngaøy nay caùc heä thoáng ñieàu khieån naøy ñöôïc thay theá ngaøy caøng roäng raõi baèng caùc heä thoáng ñieàu khieån CNC. Ñaëc ñieåm chính cuûa heä thoáng ñieàu khieån CNC laø coù söï tham gia cuûa maùy vi tính hay duøng PLC keát hôïp vôùi caùc phaàn meàm hoã trôï CAD/CAM maïnh. Thoâng thöôøng chuùng söû duïng caùc ñoäng cô servo hay ñoäng cô AC ñeå ñieàu khieån, coøn ñoäng cô böôùc ít ñöôïc söû duïng. Nhö vaäy, maùy phay CNC laø moät maùy phay coù caáu taïo veà baûn thaân maùy gioáng nhö laø moät maùy phay truyeàn thoáng nhöng thay vì tröôùc ñaây laø ñieàu khieån baèng tay hoaëc heä ñieàu khieån NC thì nay laïi ñöôïc ñieàu khieån bôûi heä ñieàu khieån CNC. Trong caùc heä thoáng ñieàu khieån naøy coù moät phaàn meàm chöông trình heä thoáng CNC do nôi cheá taïo maùy ñoù caøi Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 11 ñaët vaøo trong maùy tính. Thoâng qua caùc phaàn meàm rieâng leû maø caùc chöùc naêng CNC rieâng leû ñöôïc thöïc hieän. Vôùi vieäc öùng duïng maùy vi tính vaøo trong ñieàu khieån laøm cho heä thoáng ñieàu khieån CNC linh hoaït hôn, toái öu hôn. Quaù trình thöïc hieän gia coâng chi tieát ñöôïc giaûm thôøi gian gia coâng vaø giaù thaønh gia coâng. Ñoàng thôøi laøm cho vieäc gia coâng caùc beà maët phöùc taïp trôû neân ñôn giaûn hôn vôùi ñoä chính xaùc vaø ñoä tin caäy cao. Tuøy töøng loaïi maùy phay CNC maø coâng suaát vaø ñoä chính xaùc khi gia coâng khaùc nhau (Ñoä chính xaùc coù theå ñaït tôùi µm), vôùi nhöõng maùy CNC hieän ñaïi luoân coù hoäp chöùa dao coù soá löôïng dao lôùn vaø töï ñoäng thay dao khi ra leänh thay dao. Coøn nhöõng maùy CNC loaïi thöôøng khoâng coù hoäp chöùa dao thì khi muoán thay dao thì ngöôøi ñieàu khieån maùy phaûi thay baèng tay. Boä ñieàu khieån CNC ñoùng vai troø laø boä naõo cuûa moät maùy CNC. Boä ñieàu khieån thu nhaän taát caû caùc thoâng tin (Chöông trình, bieán traïng thaùi, …), xöû lí vaø ñieàu khieån noäi suy caùc chuyeån ñoäng, caùc thieát bò ngoaïi vi ñeå ñaùp öùng caùc yeâu caàu cuûa ngöôøi ñieàu khieån. Hình 1.9 theå hieän roõ vò trí vaø chöùc naêng cuûa boä ñieàu khieån. Hình 1.9: Sô ñoà chöùc naêng BAØN MAÙYVÍT ME / ÑAI OÁC ÑOÄNG CÔ BOÄ KHUEÁCH ÑAÏI SERVO (x3)BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN TRUÏC CHÍNH ÑOÄNG CÔ TRUÏC CHÍNH BOÄ KHUEÁCH ÑAÏI TRUÏC CHÍNH CAÙC THIEÁT BÒ NGOAÏI VI BAÛNG ÑIEÀU KHIEÅN MAØN HÌNH HIEÅN THÒ COÅNG GIAO TIEÁP Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 12 Trong heä thoáng ñieàu khieån CNC thoâng tin veà quaù trình gia coâng (Hình daùng, beà maët gia coâng, toác ñoä chaïy dao...) cuõng ñöôïc maõ hoaù döôùi daïng caùc kyù töï vaø caùc con soá. Vieäc nhaäp döõ lieäu chöông trình gia coâng trong heä thoáng CNC coù theå ñöa vaøo trong heä thoáng ñieàu khieån thoâng qua baûng ñieàu khieån cuûa heä thoáng ñieàu khieån soá. Xöû lyù döõ lieäu vaø ñöa döõ lieäu ra ñoái vôùi chöông trình gia coâng ñaõ ñöa vaøo coù theå goïi ra baát cöù luùc naøo töø boä phaän löu giöõ chöông trình gia coâng . Vieäc söûa chöõa thay ñoåi vaø toái öu hoùa moät chöông trình coù theå tieán haønh baát kyø luùc naøo ngay taïi maùy, caùc caâu leänh coù theå boå sung thay ñoåi laïi. Vieäc kieåm tra tính toaùn nhaän bieát maõ vaø taùch ra thaønh caùc döõ lieäu hình hoïc vaø caùc döõ lieäu coâng ngheä do chöông trình giaûi maõ ñaûm nhieäm. Vieäc noäi suy caùc soá lieäu veà quyõ ñaïo gia coâng do thieát bò noäi suy phaàn cöùng ñaûm nhieäm. Nhôø caùc phaàn meàm vaø baèng caùc caùch truyeàn döõ lieäu tröïc tieáp vôùi heä thoáng ñieàu khieån cho pheùp chuùng ta ñöa chöông trình vaøo moät caùch nhanh choùng vaø traùnh ñöôïc caùc sai soùt veà laäp trình vaãn thöôøng xaûy ra trong caùc theá heä ñieàu khieån NC tröôùc ñaây. 1.3.2 Sô ñoà ñieàu khieån cuûa maùy ñaõ thöc hieän. Sau khi phaân tích caùc phöông aùn cuõng nhö tình hình thöïc teá chuùng toâi ñaõ thieát keá sô ñoà ñieàu khieån maùy ñöôïc trình baøy treân hình 1.10. Hình 1.10: Sô ñoà khoái ñieàu khieån maùy Trong khuoân khoå ñeà taøi, boä ñieàu khieån phay maùy CNC 3 truïc ñöôïc xaây döïng treân neàn moät maùy PC gaén theâm maïch ñieàu khieån chuyeån ñoäng PCI-7344 cuûa National Instruments Corp. (NI). Caùc cuïm coâng suaát vaø motor ñieàu khieån caùc truïc X,Y,Z söû duïng MOTORS BIEÁN TAÀN BAÛNG ÑIEÀU KHIEÅN PC NGOAÏI VIPLC FX1S PCI-7344 PCL812PG TRUÏC CHÍNH BAØN MAÙY CHI TIEÁTLÖÏC KEÁ Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 13 loaïi DC servo cuûa FANUC, truïc chính quay dao söû duïng motor 3P (induction) ñieàu khieån toác ñoä baèng bieán taàn Fuji Frenic 5000G, caùc thieát bò ngoaïi vi ñieàu khieån baèng PLC Mitsubishi Fx1S. Phaàn meàm ñieàu khieån ñöôïc phaùt trieån treân neàn Visual C++ 6.0 söû duïng thö vieän API cuûa NI ñeå ñieàu khieån noäi suy caùc chuyeån ñoäng. Caùc thieát bò ngoaïi vi ñöôïc ñieàu khieån baèng giao tieáp PC-PLC. PCI-7344 cuûa NI Corp seõ tích hôïp hai boä ñieàu khieån servo vaø step motor. Caû hai hoã trôï ñaày ñuû vieäc laäp trình ñieàu khieån chuyeån ñoäng cho pheùp ñieàu khieån toái ña 4 truïc ñoàøng thôøi vaø ñoäc laäp. Caùc coång I/O ñöôïc tích hôïp saün nhö caùc coâng taéc giôùi haïn haønh trình, caùc coâng taéc hoã trôï cho vieäc thieát laäp goác toïa ñoä (Set home) maùy vaø moät soá cho caùc muïc ñích chung khaùc. Ta coù theå söû duïng PCI-7344 ñeå ñieàu khieån ñieåm-ñieåm, di chuyeån theo vector hay caùc chuyeån ñoäng phöùc taïp baát kyø. Vôùi boä ñieàu khieån servo ta coù theå ñieàu khieån ñoäng cô servo, servo thuûy löïc, servo van vaø caùc thieát bò servo khaùc. 1.3.3 Giôùi thieäu caùc phaàn töû cuûa heä thoáng 1.3.3.1 Giôùi thieäu phaàn cô cuûa maùy Hình aûnh maùy thöïc hieän nghieân cöùu ñöôïc trình baøy treân hình 1.11 Hình 1.11: Maùy ENSHU-FANUC 330D Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 14 Phaàn cô maùy phay laø phaàn cô cuûa moät maùy phay hieäu ENSHU-FANUC 330D, maùy coù caùc ñaëc tính sau: ¾ Daïng maùy: Maùy phay 3 truïc daïng baøn naâng. ¾ Taàm maùy: XYZ=650x350x400mm. ¾ Cô caáu chuyeån ñoäng duøng Visme ñai oác bi. ¾ Motor: FANUC DC servo naép vaøng model 5M daïng A06B-0642-8003. ¾ Spindle: Motor Hitachi 2.1 KW truyeàn ñoäng ñai 16 caáp toác ñoä. 1.3.3.2 Giôùi thieäu caùc motor vaø driver fanuc Motor: Ñaây laø loaïi DC servo cuûa haõng FANUC ñöôïc saûn xuaát vaøo ñaàu nhöõng naêm 80 vaø laø doøng DC servo cuoái cuøng cuûa haõng FANUC. Nguyeân thuûy treân moãi motor naøy coù gaén boä boä phaùt toác vaø moät caûm bieán vò trí resolver. Do card ñieàu khieån PCI-7344 khoâng hoã trôï resolver neân chuùng toâi ñaõ thay baèng 3 encoder cuûa haõng OMRON (Hình 1.12) . Hình 1.12: Ñoäng cô DC cuûa FANUC vaø encoder Driver: Ñaây laø caùc driver ñi keøm nguyeân boä vôùi caùc motor treân do vaäy veà maët töông thích giöõa driver vaø motor laø chaéc chaén. Caùc driver naøy ñieàu khieån motor döôùi daïng ñieàu toác neân tín hieäu hoài tieáp toác ñoä töø caùc boä phaùt toác ñöa veà caùc driver. Caùc driver nhaän tín hieäu ñieàu khieån töø card ñieàu khieån PCI-7344 döôùi daïng analog ±10V. Ñaây laø loaïi A4L- 0001-0094 fanuc 342658 (Hình 1.13) vaø sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc trình baøy treân hình 1.14. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 15 Hình 1.13: Driver A 44L-0001-0094 Hình 1.14: Sô ñoà khoái cuûa Driver. 1.3.3.3 Giôùi thieäu bieán taàn fuji FRENIC 5000G (Hình 1.15) Ñaây laø loaïi bieán taàn hieän ñaïi cuûa haõng FUJI-Nhaät coù caùc ñaëc tính sau: ¾ Coù nhieàu chöùc naêng ñieàu khieån theo vector. ¾ Ñieàu khieån theo V/f hay vector ñoái vôùi caùc motor ñoàng boä. ¾ Ñieàu khieån vector cho caùc motor chuyeân bieät ñaït ñeán nhöõng ñaëc tính noåi troäi trong coâng nghieäp nhö: Ñoä chính xaùc trong ñieàu khieån toác ñoä ±0,005%, ñaùp öùng toác ñoä Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 16 100Hz, ñaùp öùng doøng ñieän 800Hz, ñoä chính xaùc trong ñieàu khieån moâment (Ñoä tuyeán tính) laø ±3%. Bieán taàn söû duïng trong maùy ñeå ñieàu khieån motor truïc chính laø loaïi Hitachi 2.1KW, toác ñoä truïc chính quay tuyeán tính töø 100-4000 voøng/phuùt. Hình 1.15: Bieán taàn FUJI FRENIC 5000G vaø sô ñoà noái daây 1.3.3.4 Giôùi thieäu PLC MITSUBISHI FX1S Cuõng nhö caùc ñôøi PLC hoï FX khaùc cuûa haõng Mitsubishi, hoï FX1s cuõ coù boä nguoàn, CPU, caùc phaàn töû I/O ñöôïc tích hôïp trong moät khoái nhoû goïn. Ñieàu naøy laøm giaûm giaù thaønh, taêng khaû naêng cuûa heä thoáng. Ñaây laø loaïi PLC nhoû nhaát cuûa Mitsubishi. Ngoaøi ra PLC hoï FX1s coøn coù khaû naêng noåi troäi khaùc laø khaû naêng truyeàn thoâng vôùi caùc thieát bò khaùc thoâng qua coång giao tieáp RS_232C, RS_485 vôùi söï hoã trôï cuûa caùc phuï kieän thích hôïp. Trong heä thoáng, PLC ñöôïc gaén theân card keát noái FX1N-232BD ñeå giao tieáp vôùi maùy tính thoâng qua chuaån giao tieáp “Computer link” cuûa Mitsubishi. (RS-232C, RS-485 FX COMMUNICATION USER'S MANUAL). Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 17 Hình 1.16: PLC mitsubishi fx1s Mitsubishi “Computer link”: “Computer link” laø moät trong boán kieåu truyeàn thoâng cuûa PLC Mitsubishi (N:N Network, Parallel link, Computer link, No Protocol). Coù hai daïng “Computer link”:Söû duïng RS- 485. Sô ñoà keát noái cuûa kieåu truyeàn thoâng CL ñöôïc theå hieän treân hình sau: Hình 1.17: Sô ñoà keát noái daây cuûa kieåu truyeàn thoâng Computer link Vôùi kieåu truyeån thoâng naøy ta coù theå keát noái toái ña 16 traïm PLC song song vôùi nhau baèng chuaån giao tieáp RS-485. Moãi moät PLC muoán lieân keát maïng phaûi gaén theâm moät maïch giao tieáp RS-485 töông öùng tuøy theo loaïi PLC (FX1N + FX1N-485-BD, FX1S + FX1N-485-BD, FX2N + FX2N-485-BD, …). Chuaån giao tieáp RS-485 seõ ñöôïc chuyeån thaønh chuaån RS-232C thoâng qua boä chuyeån ñoåi FX-485PC-IF ñeå lieân keát vôùi coång COM cuûa maùy tính. Hình 1.18: Boä chuyeån ñoåi FX-485PC-IF Baèng kieåu keát noái naøy chuùng ta coù theå noái baát kyø moät PLC hoï FX naøo vôùi maùy tính ñeå trao ñoåi döõ lieäu hoaëc ñeå ñieàu khieån tröïc tieáp moät PLC. Tuøy loaïi PLC ta phaûi gaén theâm Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 18 moät thieát bò giao tieáp töông öùng. Chuùng toâi ñaõ duøng kieåu truyeàn thoâng “Computer link” daïng RS-232 ñeå lieân keát maùy tính vôùi moät PLC FX1S30MT coù gaén card giao tieáp FX1N- 232BD laøm thieát bò I/O. Löu ñoà quaù trình giao tieáp vôùi PLC (Hình 1.19). BA ÉT ÑA ÀU ÑO ÏC CA ÙC NGO Õ VA ØO TÖ Ø PLC LÖU VA ØO CA ÙC B IE ÁN CA ÀN TA ÙC ÑO ÄNG NGO Õ RA? TA ÙC ÑO ÄNG NGO Õ RA KE ÁT THU ÙC Y N KE ÁT THU ÙC Y N Hình 1.19: Löu ñoà giao tieáp vôùi PLC Phaàn caáu truùc moät caâu leänh, ñoïc caùc ngoõ vaøo, taùc ñoäng moät ngoõ ra (Phuï luïc 1.1). 1.3.3.5 Giôùi thieäu baøn phím vaø baûng ñieàu khieån Panel ñieàu khieån maùy CNC thoâng thöôøng goàm: ¾ Maøn hình hieån thò traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa maùy (Toïa ñoä, chöông trình, caùc thoâng soá gia coâng, …). ¾ Moät baøn phím nhaäp chöõ, soá. ¾ Caùc nuùt ñieàu khieån (Choïn cheá ñoä hoaït ñoäng, taét môû dung dòch trôn nguoäi, chaïy caùc truïc, …). Maøn hình coù theå ôû daïng ñôn giaûn laø LED 7 ñoaïn, maøn hình CRT, maøn hình tinh theå loûng. Baøn phím chöõ vaø soá thoâng thöôøng laø caùc phím nhaán. Caùc nuùt ñieàu khieån coù theå laø caùc nuùm xoay (Rotary switches), caùc nuùt nhaán (Push button), caùc nuùt baät taét (toggle Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 19 switches) hay maøn hình chaïm, tuøy vaøo töøng loaïi maùy, boä ñieàu khieån. Noùi chung xu höôùng laø söû duïng caùc phím nhaán meàm (Soft keys), maøn hình chaïm (Touch screen). Boä ñieàu khieån ñeà taøi thöïc hieän laø daïng PC-based neân maøn hình söû duïng laø loaïi maøn hình CRT 14” cuûa maùy ñeå baøn thoâng thöôøng. Loaïi naøy coù öu theá laø töông ñoái reû, deã mua, tuoåi thoï cao. Neáu coù ñieàu kieän ta coù theå deã daøng thay baèng loaïi maøn hình tinh theå loûng cho ñeïp vaø goïn hôn. Baøn phím vaø caùc nuùt ñieàu khieån toång coäng coù khoaûng 78 tín hieäu input. Neáu thöïc hieän maïch ñieän thoâng thöôøng ñuû ñeå nhaän caùc tín hieäu naøy seõ maát raát nhieàu coâng söùc. Nhoùm thöïc hieän ñaõ choïn giaûi phaùp söû duïng moät baøn phím maùy tính thoâng thöôøng taùch boû phaàn voû, nuùt nhaán chæ giöõ laïi phaàn maïch ñieàu khieån, sau ñoù thieát keá moät maïch nuùt nhaán vôùi caùc phím ñöôïc thieát keá laïi chuyeân duïng cho caùc maùy phay CNC 3 truïc theo hình veõ sau( Hình 1.20). Baûng chuyeån ñoåi giöõa caùc nuùt nhaán treân baøn phím môùi vaø caùc nuùt nhaán treân baøn phím thoâng thöôøng cuûa maùy tính (Xem phuï luïc 1.2). Maïch phím nhaán naøy sau ñoù ñöôïc keát noái vôùi maïch xöû lyù baøn phím thoâng thöôøng vaø keát noái vôùi maùy tính qua coång baøn phím. Phaàn meàm ñieàu khieån giaûi maõ phím nhaán phaùt ra töø boä xöû lyù baøn phím ñeå bieát phím naøo ñöôïc nhaán vaø ñaùp öùng laïi yeâu caàu cuûa ngöôøi ñieàu khieån. Hình 1.20: Sô ñoà maïch caùc phím ñieàu khieån (SCH). N 9 N 11 T7 N 5 JP78 SHIFT 1 2 JP26 Y 1 2 N 3 N 4 N 5 T3 N 10 JP17 Y+ 1 2 JP2 EDIT 1 2 N 7 JP71 HOLD 1 2 JP38 LEFT 1 2 J L 1 N 13 T2 T1 N 1 T5 T3T3 N 9 JP3 AUTO 1 2 T0 N 13 JP21 NO 1 2 N 6 N 1 N 9 JP8 ZERO 1 2 JP51 I/J/K 1 2 N 2 T6 T5 N 6 JP9 SBLK 1 2 N 8 T3 T6 T4 N 11 T2 T4 J P 1 N 12 N 8 N 10 N 4 JP42 O 1 2 JP44 H 1 2 CNC Key board Title N 8 N 3 N 12 T5 T1 N 8 N 12 TP1 T POINT A 1 TP13 T POINT A 1 JP35 RESET 1 2 JP36 UP 1 2 JP6 JOG 1 2 N 11 T4 T4 JP10 ZNEG 1 2 JP76 CTRL 1 2 TP10 T POINT A 1 JP58 INSERT 1 2 N 12 T6 N 10 JP57 ALTER 1 2 JP31 JOVER+ 1 2 T2 T6 N 5 T0 N 15 T2 TP5 T POINT A 1 T3 JP18 Y- 1 2 T1 JP67 PARAM 1 2 N 6 T5 T3 T5 N 10 T1 JP29 10 1 2 N 6 N 13 N 4 T3 JP69 AUX 1 2 T4 T0 T6 T4 T7 N 6 JP13 DRY 1 2 N 7 N 13 N 10 JP70 START 1 2 JP53 Z 1 2 T2 N 13 T4 N 10 JP74 F3 1 2 T2 JP45 M 1 2 JP46 D/B 1 2 T6 T3 T7 N 16 JP65 PROG 1 2 JP15 X+ 1 2 N 10 T6 T7 TP14 T POINT A 1 JP30 100 1 2 N 10 T2 N 6 JP32 JOVER- 1 2 N 13 N 0 T6 TP4 T POINT A 1 N 9 T2 T2 N 2 TP15 T POINT A 1 JP11 MABS 1 2 JP55 T 1 2 JP20 Z- 1 2 JP7 HANDLE 1 2 N 9 N 8 T7 N 2 JP43 X 1 2 N 0 N 2 J F 1 JP63 START 1 2 N 0 JP41 PDWN 1 2 T4 T3 T5 N 9 N 13 JP33 SOVER+ 1 2 JP25 X 1 2 JP60 EOB 1 2 JP22 COOL 1 2 T6 N 13 T0 JP47 N 1 2 N 8 N 1 T1 N 11 T5 T6 JP68 ALARM 1 2 TP11 T POINT A 1T2 T5 T3 T6 N 14 JP62 INPUT 1 2 N 7 JP40 PUP 1 2 JP16 X- 1 2 TP3 T POINT A 1 JP4 MDI 1 2 T2 N 8 N 11 JP54 R 1 2 J2 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 T1 JP28 1 1 2 JP1 I/O 1 2 N 7 N 5 TP8 T POINT A 1 JP12 SKIP 1 2 JP61 CAN 1 2 T5 N 13 T1 P4 T1 JP14 MLCK 1 2 JP27 Z 1 2 N 12 T7 TP7 T POINT A 1 JP73 F2 1 2 N 7 N 12 N 14 JP19 Z+ 1 2 JP59 DEL 1 2 N 10 JP66 OFFSET 1 2 T2 T7 TP9 T POINT A 1 JP23 SPDL 1 2 JP52 G 1 2 J Y 1 T0 T0 N 5 T4 T7 T6 T0 T6 JP24 LIGHT 1 2 JP39 RIGHT 1 2 N 9 T1 T1 JP77 ALT 1 2 T3 N 12 TP2 T POINT A 1 JP75 PAUSE 1 2 N 8 N 3 N 11 JP5 RAPID 1 2 N 11 N 1 N 15 T0 N 6 JP49 F 1 2 JP50 S 1 2 JP34 SOVER- 1 2 T3 T2 N 1T 0 N 1 N 11 N 17 TP6 T POINT A 1 T4 J1 CON18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 T2 N 8 T2 JP37 DOWN 1 2 TP12 T POINT A 1 Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 20 Hình 1.21: Sô ñoà maïch caùc phím ñieàu khieån (PCB). Baøn phím ñöôïc thieát keá laïi chuyeân duïng cho caùc maùy phay CNC 3 truïc. Maïch phím söû duïng caùc nuùt nhaán meàm cuûa OMRON, boä xöû lyù baøn phím söû duïng boä xöû lyù baøn phím maùy tính thoâng duïng cuûa haõng MITSUMI keát noái qua coång ñieàu khieån baøn phím thoâng thöôøng cuûa maùy tính.Vôùi vieäc thieát keá naøy seõ thuaän lôïi cho quaù trình söû duïng trong ñieàu kieän xöôûng( Hình 1.22). Hình 1.22: Baøn phím caûi tieán laép treân maùy 1.3.3.6 Giôùi thieäu PCL-812 PCL-812 laø card thu nhaän döõ lieäu ña chöùc naêng vôùi ñoä tin caäy cao, ñöôïc duøng cho caùc loaïi maùy tính IBM PC/XT/AT vaø caùc maùy tính töông thích (Hình 1.23). Card coù 5 tieâu chuaån ño löôøng vaø phöông thöùc ñieàu khieån: Chuyeån ñoåi A/D, chuyeån ñoåi D/A, thu tín hieäu soá, phaùt tín hieäu soá, boä ñònh thì / ñeám. Thöïc hieän chuyeån ñoåi A/D ña keânh, maïch queùt keânh töï ñoäng vaø coù SRAM treân board, seõ giuùp baïn deã daøng thöïc hieän vôùi khaû naêng DMA (truy caäp boä nhôù tröïc tieáp – seõ laøm cho chöông trình hay thieát bò coù theå vieäc truyeàn Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 21 döõ lieäu giöõa 2 thieát bò hoaëc giöõa thieát bò vaø boä nhôù maø khoâng caàn söï can thieäp cuûa CPU giuùp cho khaû naêng truyeàn döõ lieäu nhanh hôn) vaø coù theå choïn ñoä lôïi ñoäc laäp cho töøng keânh. PCL-812 laø 1 kieåu môùi hôn so vôùi 812 thoâng duïng. Chuùng hôïp nhaát caùc tính naêng treân chip 160 pin ASIC. Chip naøy ñaït ñoä chính xaùc cao, ñoä tin caäy cao vôùi giaù thaønh vaø naêng löôïng tieâu thuï thaáp. PCL-812 thích hôïp vôùi vieäc thu nhaän döõ lieäu, ñieàu khieån quaù trình, kieåm tra töï ñoäng vaø daây chuyeàn töï ñoäng. Caáu truùc cuûa PCL-812, nhaän tín hieäu töông töï (Boä chuyeån ñoåi A/D), xuaát tín hieäu töông töï ( boä chuyeån ñoåi D/A), ñaëc tính chung, cuõng nhö phaàn laäp trình PCL-812 ( Xem phuï luïc 1.3) Hình 1.23: Card PCL –812. 1.3.3.7 Giôùi thieäu PXI 7344 ( Hardware ). Vôùi boä ñieàu khieån 7344, chuùng ta coù theå thöïc hieän ñieàu khieån hoaït ñoäng boán truïc ñoàng thôøi, ñieàu khieån dòch chuyeån goác toïa ñoä trong moät moâi tröôøng öu tieân, ña nhieäm vaø thôøi gian thöïc. Moät caáu truùc boä xöû lyù keùp tieân tieán maø söû duïng chip thôøi gian thöïc xöû lyù 32 bit MC68331 keát hôïp vôùi thieát bò Analog ADSP2185DSP ñöa boä ñieàu khieån 7344 leân moät khaû naêng hoaït ñoäng cao. Giao dieän FIFO bus vaø nhöõng chöùc naêng maïnh ñöôïc caøi ñaët laøm cho toác ñoä keát noái truyeàn thoâng cao trong khi nhöõng chöùc naêng dòch chuyeån phöùc taïp ñang ñöôïc taûi xuoáng töø maùy tính laøm taêng söï toái öu hoaït ñoäng cuûa heä thoáng (Hình 1.24). Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 22 Boä ñieàu khieån 7344 söû duïng boä xöû lyù caùc tín hieäu soá cho taát caû caùc voøng laëp kín, goàm caû vieäc theo doõi vò trí, söï tính toaùn ñieàu khieån voøng laëp PID, vaø caùc quyõ ñaïo sinh ra. Chip DSP ñöôïc hoã trôï theâm vaøo bôûi yeâu caàu cuûa FPGA maø thi haønh giao tieáp vôùi encoder toác ñoä cao, chöùc naêng naém baét vò trí vaø taïo ñieåm döøng, xöû lyù caùc tín hieäu dòch chuyeån vaøo vaø ra, vaø söï sinh ra caùc xung böôùc cho chöùc naêng maïnh veà thôøi gian thöïc. Theâm vaøo ñoù laø nhöõng chöùc naêng CPU xöû lyù thôøi gian thöïc keát noái vôùi maùy chuû, söï xöû lyù caùc caâu leänh, caùc pheùp noäi suy nhieàu truïc, thi haønh chöông trình ngay treân bo maïch, thoâng baùo caùc loãi, giao tieáp ña naêng caùc tín hieäu soá vaøo vaø ra, vaø toaøn boä caùc chöùc naêng veà söï chuyeån ñoäng ñaõ ñöôïc tích hôïp vaøo heä thoáng. Hình 1.24: Card PXI-7344 1.3.3.8 Moät soá caùc ñaëc tính quan troïng cuûa card 7344 *Heä thoáng hoaït ñoäng thôøi gian thöïc (Real Time Operating System – RTOS): Nhöõng chöông trình trong phaàn cöùng laø trung taâm RTOS vaø cung caáp cho hoaït ñoäng heä thoáng toái öu ñoái vôùi chuyeån ñoäng. Nhieäm vuï dòch chuyeån laø ñöôïc öu tieân haøng ñaàu, thöù töï thi haønh caùc nhieäm vuï tuøy thuoäc vaøo quyeàn öu tieân cuûa moãi nhieäm vuï, traïng thaùi chuyeån ñoäng cuûa heä thoáng, söï xuaát nhaäp hoaëc caùc söï kieän khaùc cuûa heä thoáng, vaø thôøi gian thöïc. Chip DSP laø moät boä xöû lyù ñoäc laäp rieâng leû, hoaït ñoäng cuûa noù khoâng phuï thuoäc vaøo CPU nhöng noù ñöôïc laøm ñoàng boä chaët cheõ bôûi moät khoái cô sôû beân trong laø nhöõng caâu leänh, döõ lieäu. Boä ñieàu khieån 7344 thöïc söï laø moät boä ña xöû lyù vaø ña nhieäm ï. *Boä noäi suy theo quyõ ñaïo: Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 23 Boä noäi suy quyõ ñaïo cuûa boä ñieàu khieån laø söï tính toaùn nhöõng caâu leänh veà vò trí töùc thôøi ñeå ñieàu khieån gia toác vaø vaän toác trong khi di chuyeån caùc truïc tôùi vò trí yeâu caàu. Tuøy thuoäc vaøo caáu hình cuûa truïc, caùc caâu leänh seõ ñöôïc göûi tôùi voøng laëp servo PID hoaëc boä taïo xung. Ñeå ñieàu khieån nhöõng quyõ ñaïo khoâng xaùc ñònh, boä ñieàu khieån 7344 coù taùm boä quyõ ñaïo ñöôïc öùng duïng theâm vaøo trong chip DSP (hai öùng duïng cho moãi truïc). Moãi boä tính toaùn moät vò trí töùc thôøi cho moãi kyø PID caäp nhaät döõ lieäu. *Tín hieäu hoài tieáp daïng töông töï (Analog): Boä ñieàu khieån 7344 coù 8 keânh ña thaønh phaàn, 12 bit ADC. Caùc giaù trò chuyeån ñoåi Analog ñöôïc truyeàn cho caû hai boä chip DSP vaø CPU theo bus noái tieáp beân trong ñaõ ñöôïc daønh rieâng vôùi toác ñoä cao. Toác ñoä queùt cuûa caùc keânh ña thaønh phaàn naøy xaáp xæ 50µs treân moät keânh ADC. Boán trong soá caùc keânh naøy ñöôïc duøng ñeå kieåm tra, ñeå laïi 4 keânh kia cho tín hieäu Analog phaûn hoài. *Boä nhôù Flash ROM: Boä nhôù flash ROM laø boä nhôù coù theå duøng ñeå xoùa vaø naïp laïi chöông trình cuûa rieâng ngöôøi söû duïng. Khi taát caû caùc chöông trình phaàn cöùng bao goàm maõ chöông trình cuûa RTOS vaø DSP cuûa boä ñieàu khieån 7344 ñöôïc ghi vaøo trong flash ROM chuùng ta coù theå naâng caáp leân theo yeâu caàu söû duïng. Boä nhôù flash ROM cuõng cho pheùp nhöõng ñoái töôïng chaúng haïn nhöõng chöông trình, nhöõng maûng döõ lieäu coù theå ghi vaøo, coù theå ghi toaøn boä caùc thoâng soá traïng thaùi cuûa boä ñieàu khieån vaøo trong flash ROM. Vaøo laàn laøm vieäc keá tieáp, boä ñieàu khieån seõ töï ñoäng taûi vaø chaïy caáu hình ñaõ ñöôïc löu laàn tröôùc ñoù. Caáu hình FPGA cuõng ñöôïc ghi vaøo trong boâ nhôù flash ROM. Khi môû maùy, FPGA ñöôïc khôûi ñoäng cuøng vôùi nhöõng chöông trình naøy. *Nhöõng thaønh phaàn tín hieäu cho truïc vaø söï dòch chuyeån: Boä ñieàu khieån 7344 coù theå ñieåu khieån di chuyeån cho 4 truïc. Nhöõng truïc ñoù coù theå hoaøn toaøn ñoäc laäp, keát hôïp nhau, hoaëc aùnh xaï trong nhoùm ña chieàu maø ñöôïc goïi laø khoâng gian vector. Chuùng coù theå ñoàng boä khoâng gian vector ñeå phoái hôïp caùc chuyeån ñoäng. Hình 1.25 vaø 1.26 trình baøy caáu hình nguoàn tín hieäu duøng ñoäng cô servo vaø duøng ñoäng cô. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 24 Hình 1.25: Caáu hình nguoàn tín hieäu cho cho truïc duøng ñoäng cô servo Hình1.26: Caáu hình nguoàn tín hieäu cho truïc duøng ñoäng cô böôùc *Chöông trình onboard: Boä ñieàu khieån 7344 coù moät chöông trình onboard hoaøn chænh vôùi khaû naêng thi haønh ñoàng thôøi 10 chöông trình cho vieäc di chuyeån trong moâi tröôøng ña nhieäm vuï, öu tieân thôøi gian thöïc. Chuùng ta coù theå thi haønh toaøn boä nhöõng chöùc naêng cuûa Flexmotion ñaõ ñöôïc caøi ñaët töø ngay chöông trình onboard. Ngoaøi ra, chöông trình onboard cung caáp theâm nhöõng pheùp toaùn cô baûn vaø caùc chöùc naêng xöû lyù döõ lieäu khaùc nhau. Chöông trình onboard coù theå hoã trôï chuùng ta raát nhieàu trong vieäc thöïc hieän caùc nhieäm vuï chuyeån ñoäng vôùi thôøi gian thöïc. Laøm cho quaù trình vöøa thöïc hieän chuyeån ñoäng vöøa taûi nhöõng caâu leänh toái öu töø maùy tính chuû. Chuùng ta coù theå chaïy chöông trình onboard töø RAM hoaëc ghi lai vaøo trong flash ROM. Boä ñieàu khieån 7344 coù 64KB RAM vaø 128 KB ROM ñeå daønh ghi caùc chöông trình vaø caùc muïc ñích khaùc. * Phaàn meàm FlexMotion Phaàn meàm FlexMotion cung caáp cho chuùng ta moät chöông trình giao tieáp öùng duïng API moät caùch toaøn dieän. Phaàn meàm FlexMotion keát hôïp vôùi boä ñieàu khieån 7344 cung caáp naêng löôïng vaø caùc chöùc naêng cho heä thoáng chuyeån ñoäng tích hôïp. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 25 Ñeå cho vieäc laäp trình ñöôïc deã daøng, phaàn meàm FlexMotion ñöôïc noåi baät leân nhôø vaøo hoäp ñieàu khieån cuûa phaàn meàm, thö vieän caùc haøm chöùc naêng vaø thö vieän caùc chöùc naêng cuûa Window ñaõ ñöôïc boå sung vaøo toaøn boä phaàn chöông trình giao tieáp öùng duïng cuûa phaàn meàm FlexMotion. Phaàn meàm FlexMotion laø moät khoái bao goàm ño löôøng vaø khaûo saùt töï ñoäng MAX, noù lieân keát veà maët vaät lyù giöõa caùc bus ñòa chæ vôùi caùc ñòa chæ treân board maïch ñöôïc söû duïng vaøo vieäc phaân bieät caùc boä ñieàu ñieàu khieån khaùc nhau. MAX cuõng coù khaû naêng kieåm tra boä ñieàu khieån FlexMotion ñöôïc laép ñaët chính xaùc chöa vaø coù ñang keát noái vôùi maùy tính hay khoâng. Caáu hình cuûa moâi tröôøng laøm vieäc döôùi daïng MAX cho pheùp chuùng ta caøi ñaët giaù trò ban ñaàu duøng laøm giaù trò ban ñaàu cho boä ñieàu khieån, giao dieän FlexMotion MAX cung caáp moät moâi tröôøng giao tieáp deã daøng cho vieäc kieåm tra vaø ñieàu chænh nhöõng sai xoùt trong heä thoáng. Ñeå phaùt trieån nhöõng phaàn meàm öùng duïng, phaàn meàm FlexMotion laø khoái goàm moät soá chöông trình ví duï öùng duïng. Moät coâng cuï cuûa FlexMotion bao goàm moät thö vieän coâng cuï veà caùc chuyeån ñoäng moät caùch hoaøn chænh, nhieàu chöông trình coù theå söû duïng cuøng vôùi phaàn meàm coâng cuï FlexMotion cuûa National, nhö LabVIEW, Dasylab, LabWindows/CVI, hoaëc nhöõng moâi tröôøng bieân dòch caáp 3 nhö Borland C/C++, Microsoft Visual C/C++, Microsoft Visual Basic, hoaëc nhöõng tröông trình bieân dòch naøo ñoù coù theå chaïy treân Window vaø coù theå goïi caùc thö vieän DLL trong Window cho vieäc söû duïng phaàn meàm FlexMotion. Thö vieän phaàn meàm FlexMotion daïng DLL trong Windows 2000/NT/Me/9x. *Giôùi thieäu caùc haøm API cô baûn cuûa FlexMotion (Xem phuï luïc 1.4) 1.3.3.9 Keát noái heä thoáng ñieän *Giôùi thieäu chung: Vôùi caùc thieát bò ñaõ giôùi thieäu treân ñeå coù moät heä thoáng hoaøn chænh hoaït ñoäng ñöôïc ta caàn keát noái chuùng laïi vôùi nhau theo ñuùng caùc nguyeân taéc keát noái maïch ñieän. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 26 Hình 1.27: Sô ñoà keát noái toaøn heä thoáng Veà maët noái daây toaøn heä thoáng coù theå phaân chia thaønh caùc nhoùm chính sau: Keát noái caùc thieát bò chuaån cuûa maùy PC, keát noái heä thoáng servo, keát noái truïc chính, keát noái caùc thieát bò ngoaïi vi khaùc. Chuùng toâi seõ laàn löôït giôùi thieäu sau ñaây: ¾ Caùc keát noái chuaån (Maøn hình, baûng ñieàu khieån): Ñoái vôùi maøn hình vaø baûng ñieàu khieån (Baøn phím) vieäc noái daây khoâng coù gì ñaëc bieät ngoaïi tröø khoaûng caùch coù xa hôn so vôùi maùy ñeå baøn thoâng thöôøng. ¾ Keát noái heä thoáng daãn ñoäng: Heä thoáng daãn ñoäng bao goàm 3 motor DC servo coù gaén keøm boä phaùt toác vaø encoder, 3 boä ñieàu khieån motor, card ñieàu khieån servo PCI- 7344 gaén trong maùy tính, taát caû caùc thieát bò treân ñöôïc noái vôùi nhau theo sô ñoà hình 1.28. Tín hieäu phaùt ra töø boä phaùt toác (Tacho) ñöôïc noái vaøo boä khueách ñaïi servo (Servo amplifier) taïo thaønh moät maïch kín ñieàu khieån toác ñoä. Tín hieäu töø encoder ñöôïc ñöa thaúng vaøo boä giaûi maõ vò trí trong maïch ñieàu khieån PCI-7344, tín hieäu ñieàu khieån toác ñoä (VCMD, daïng analog) phaùt ra töø PCI-7344 ñöôïc ñöa vaøo caùc boä khueách ñaïi servo taïo thaønh maïch kín ñieàu khieån vò trí. Caùc tín hieäu RDY, ENB duøng ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa boä khueách ñaïi servo. Tín hieäu baùo loãi ALM boä khueách ñaïi servo baùo veà khi coù loãi. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 27 Hình 1.28: Sô ñoà noái daây heä thoáng ñieàu khieån motor servo ¾ Keát noái truïc chính. Hình 1.29: Sô ñoà keát noái maïch ñieàu khieån truïc chính Maïch ñieàu khieån truïc chính chuû yeáu goàm caùc tín hieäu: ¾ SPEED: Ñaây laø tín hieäu analog coù giaù trò 0÷10VDC ñöôïc phaùt ra töø ngoõ analog cuûa card PCI-7344 laøm tín hieäu ñieàu khieån bieán taàn. ¾ FOR/REV: Duøng ñeå taùc ñoäng truïc chính quay thuaän/nghòch (daïng tieáp ñieåm). Caùc tín hieäu naøy ñöôïc phaùt ra PLC. ¾ ALM: Bieán taàn baùo veà boä ñieàu khieån khi coù loãi (daïng tieáp ñieåm). Keát noái caùc thieát bò ngoaïi vi khaùc Hình 1.30: Sô ñoà keát noái bôm trôn nguoäi vaø caùc coâng taéc haønh trình Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 28 Ñaây ñôn giaûn laø caùc tín hieäu vaøo ra ñöôïc noái vaøo boä PLC. PLC seõ nhaän leänh taùc ñoäng vaø baùo veà traïng thaùi caùc coâng taéc haønh trình thoâng qua giao tieáp RS-232. Tín hieäu EMG (EMERGENCY) laø tín hieäu döøng khaån caáp, khi coù söï coá rôle EMG seõ ngaét maïch ñieän ñoäng löïc cuûa toaøn heä thoáng. 1.3.4. Phaàn meàm ñieàu khieån 1.3.4.1 Giôùi thieäu chung Nhö ñaõ giôùi thieäu trong caùc phaàn tröôùc, boä ñieàu khieån maùy ñöôïc xaây döïng daïng PC- based. Chuyeån ñoäng cuûa caùc truïc ñöôïc ñieàu khieån thoâng qua card ñieàu khieån servo PCI- 7344, caùc thieát bò ngoaïi vi ñöôïc ñieàu khieån thoâng qua giao tieáp vôùi PLC FX-1S. Quaù trình hoaït ñoäng cuûa chöông trình chính ñöôïc theå hieän baèng löu ñoà treân hình 1.31, voøng lặp chính cuûa chöông trình nhaän leänh töø ngöôøi söû duïng, phaân tích vaø ñaùp öùng tuøy theo leänh. Caùc leänh ñieàu khieån ñöôïc chia ra laøm hai loaïi chính: leänh chuyeån ñoäng vaø leänh taùc ñoäng caùc thieát bò ngoaïi vi. Caùc leänh chuyeån ñoäng seõ ñöôïc thoâng dòch chuyeån sang ngoân ngöõ cuûa thö vieän FlexMotion ñeå thöïc hieän chuyeån ñoäng. Caùc leänh taùc ñoäng ngoaïi vi seõ ñöôïc gôûi ñeán PLC. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 29 Hình 1.31: Giaûi thuaät phaàn meàm ñieàu khieån maùy CNC Phaàn meàm ñieàu khieån ñöôïc vieát baèng ngoân ngöõ laäp trình C++ vaø treân moâi tröôøng Window. 1.3.4.2 Giao dieän vaø caùch giao tieáp Hình 1.32: Giao dieän phaàn meàm ñieàu khieån NHAÄN LEÄNH GIAÛI MAÕ LEÄNH BIEÂN DÒCH RA NGOÂN NGÖÕ CUÛA FLEX MOTION GOÏI HAØM THÖÏC THI CUÛA FLEX MOTION DI CHUYEÅN ? GIAÛI MAÕ LEÄNH TAÙC ÑOÄNG RA NGOAÏI VI BAÉT ÑAÀU KHÔÛI TAÏO THOAÙT ? KEÁT THUÙC ÑS Ñ S Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 30 Toaøn boä caùc thao taùc ñieàu khieån maùy ñöôïc thöïc hieän thoâng qua panel ñieàu khieån. Ñeå vaän haønh maùy, tröôùc tieân ngöôøi vaän haønh phaûi choïn cheá ñoä hoaït ñoäng (mode). Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng bao goàm: ¾ I/O: Cheùp chöông trình G code vaø boä nhôù. ¾ EDIT: Söûa chöông trình coù trong boä nhôù. ¾ AUTO: Thöïc thi chöông trình coù trong boä nhôù. ¾ MDI: Thöïc thi töøng caâu leänh (ngöôøi söû duïng phaûi nhaäp vaøo töøng caâu leänh). ¾ RAPID: Ñònh vò caùc truïc baèng tay. ¾ JOG: Chaïy baèng tay theo toác ñoä caøi ñaët. ¾ HANDLE: Chaïy caùc truïc baèng boä phaùt xung MPG (baùnh quay) ¾ ZERO: Trôû veà ñieåm zero cuûa maùy baèng tay. Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng ñöôïc chia ra laøm hai nhoùm: AUTO (AUTO, MDI),vaøø MANUAL (RAPID, JOG, HANDLE, ZERO). ÔÛ nhoùm AUTO maùy hoaït ñoäng theo caâu leänh coøn ôû nhoùm MANUAL maùy hoaït ñoäng theo caùc thao taùc baèng tay. Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng baèng tay a/ ZERO Maùy vöøa khôûi ñoäng xong thöôøng ngöôøi ta cho maùy doø ñieåm “Home” cuûa maùy. ÔÛû ñieåm “home” toïa ñoä maùy (MACHINE CORRDINATE) coù giaù trò 0, ñaây laø ñieåm 0 tuyeät ñoái cuûa maùy. Ta coù theå doø ñieåm “Home” baèng hai caùch. - Nhaán O truïc Z seõ ñöôïc “zero” tröôùc, sau ñoù hai truïc X, Y seõ ñöôïc “zero”. - Laàn löôït nhaán caùc nuùt X+ , Y+ , Z+ ñeå “zero” caùc truïc töông öùng. b/ HANDLE ÔÛ cheá ñoä “HANDLE” ngöôøi söû duïng quay MPG moät naác truïc hieän haønh seõ ñi moät ñôn vò chieàu daøi 1, 10 hoaëc 100 µm. Ngöôøi söû duïng nhaán caùc nuùt X , Y , Z ñeå choïn truïc hieän haønh, 101 100 ñeå choïn ñôn vò chieàu daøi töông öùng laø 1,10,100 µm. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 31 c/ JOG ÔÛ cheá ñoä JOG maùy seõ di chuyeån caùc truïc töông öùng khi ngöôøi söû duïng nhaán caùc phím sau: X+ , X- , Y+ , Y- , Z+ , Z- , toác ñoä di chuyeån thay ñoåi khi nhaán caùc phím FEED/JOG SPEED vaø ñöôïc theå hieän treân maøn hình. d/ RAPID Rapid laø cheá ñoä chaïy ñònh vò nhanh gioáng nhö chaïy G00. coù 4 toác ñoä chaïy ñònh vò: Fo, 25%, 50%, 100%. Ñeå thay ñoåi toác ñoä nhaán caùc phím FEED/JOG SPEED khi ñang ôû cheá ñoä RAPID. Caùc cheá ñoä töï ñoäng a/ AUTO Cheá ñoä AUTO cho pheùp chaïy moät chöông trình ñaõ coù trong boä nhôù. Ngöôøi söû duïng choïn chöông trình baèng caùch nhaán phím hoaëc treân maøn hình PROGRAM seõ hieän teân chöông trình vaø moät ñoaïn ñaàu cuûa chöông trình. Khi choïn ñuùng chöông trình caàn, nhaán phím START ñeå thöïc thi. Hình 1.33:Maøn hình PROGRAM Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 32 b/MDI Hình 1.34: Nhaäp chöông trình ôû cheá ñoä MDI ÔÛ cheá ñoä MDI ngöôøi söû duïng nhaäp töøng caâu leänh vaøo maøn hình PROGRAM sau ñoù nhaán START maùy seõ thöïc thi caâu leänh vöøa nhaäp vaøo. c/ EDIT Cheá ñoä EDIT cho pheùp söûa chöông trình trong boä nhôù. Khi ôû cheá ñoä naøy, maøn hình PROGRAM trôû thaønh maøn hình soaïn thaûo, ngöôøi söû duïng thao taùc treân baøn phím KEYPAD ñeå söûa chöông trình. Hình 1.35: KEYPAD treân baøn phím panel. 1.3.4.3 Phaàn meàm ñieàu khieån maùy cnc ( xem phuï luïc 1.5) Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 33 1.4 BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN THOÂNG MINH QUAÙ TRÌNH PHAY Ñeå thöïc hieän boä ñieàu khieån thoâng minh trong quaù trình nghieân cöùu chuùng toâi ñaõ thöïc hieän theo hai höôùng: ¾ Thieát keá boä ñieàu khieån thích nghi . ¾ Thieát keá boä ñieàu khieån duøng maïng neural. 1.4.1 Khaùi nieäm veà ñieàu khieån thích nghi Coù raát nhieàu khaùi nieäm veà heä thoáng ñieàu khieån thích nghi theo ñoù :“ Thích nghi laø quaù trình thay ñoåi thoâng soá vaø caáu truùc hay taùc ñoäng ñieàu khieån treân cô sôû löôïng thoâng tin coù ñöôïc trong quaù trình laøm vieäc vôùi muïc ñích ñaït ñöôïc moät traïng thaùi nhaát ñònh, thöôøng laø toái öu khi thieáu löôïng thoâng tin ban ñaàu cuõng nhö khi ñieàu kieän laøm vieäc thay ñoåi “Hay laø :” Ñieàu khieån thích nghi laø toång hôïp caùc kyõ thuaät nhaèm töï ñoäng chænh ñònh caùc boä ñieàu chænh trong maïch ñieàu khieån nhaèm hieän thöïc hay duy trì ôû moät möùc ñoä nhaát ñònh chaát löôïng cuûa heä khi thoâng soá cuûa quaù trình ñöôïc ñieàu khieån khoâng bieát tröôùc hay thay ñoåi theo thôøi gian “ Karl Johan ⊕strom vaø Bjom Wittenmark (Vieän Kyõ thuaät Lund – Thuïy Ñieån ) ñöa ra ñònh nghóa toång quaùt veà heä thích nghi nhö sau : Thích nghi laø söï thay ñoåi haønh vi cuûa heä thoáng ñeå phuø hôïp vôùi caùc ñieàu kieän môùi. Moät boä ñieàu chænh thích nghi laø moät boä ñieàu chænh coù theå thay ñoåi caùc tính naêng cuûa noù nhaèm ñaùp öùng ñöôïc vôùi caùc thay ñoåi ñoäng löïc hoïc cuûa quaù trình vaø caùc taùc ñoäng taïo ra do nhieãu. Ñieàu khieån thích nghi laø moät daïng ñaëc bieät cuûa quaù trình ñieàu khieån phaûn hoài phi tuyeán trong ñoù caùc traïng thaùi cuûa quaù trình coù theå ñöôïc chia thaønh hai toác ñoä thay ñoåi khaùc nhau : ¾ Caùc traïng thaùi thay ñoåi nhanh cho maïch phaûn hoài thoâng thöôøng. ¾ Caùc traïng thaùi thay ñoåi chaäm duøng ñeå caäp nhaät caùc thoâng soá cuûa boä ñieàu khieån. Nhö vaäy caùc boä ñieàu chænh coù thoâng soá tuyeán tính khoâng thay ñoåi, khoâng ñöôïc xem laø heä ñieàu khieån thích nghi. Trong heä ñieàu khieån thích nghi chuùng ta xem raèng heä coù moät Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 34 maïch phaûn hoài caùc traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa heä thoáng taïo thaønh moät heä kín. Moät boä ñieàu khieån thích nghi coù theå bao goàm ba chöùc naêng sau : • Nhaän daïng caùc ñaëc tính ñoäng hoïc cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån . Caùc ñaëc tính ñoäng hoïc cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån phaûi ñöôïc ño löôøng vaø nhaän daïng lieân tuïc. Vieäc nhaän daïng naøy khoâng ñöôïc aûnh höôûng ñeán hoaït ñoäng bình thöôøng cuûa heä. Ñeå nhaän daïng, chuùng ta phaûi kieåm tra vaø phaân tích caùc keát quaû. Vieäc nhaän daïng coù theå döïa treân caùc döõ lieäu hoaït ñoäng bình thöôøng cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån hay töø caùc tín hieäu kieåm tra. Tuy nhieân khoâng phaûi taát caû caùc heä thích nghi ñeàu caàn vieäc nhaän daïng roõ raøng. Moät vaøi heä chæ nhaän daïng trong phaïm vi caùc giaù trò ño löôøng chæ soá hieäu quaû cuûa heä, chæ soá naøy coù theå cho bieát caùc thoâng soá boä ñieàu khieån phaûi thay ñoåi nhö theá naøo. Noùi caùch khaùc, khi vieäc nhaän daïng heä gaëp nhieàu khoù khaên, thì chuùng ta caàn ño tröïc tieáp chæ soá hieäu quaû vaø xaây döïng boä ñieàu khieån thích nghi döïa treân noù. Khoù khaên trong vieäc nhaän daïng thöïc teá seõ phuï thuoäc vaøo möùc ñoä löôïng thoâng tin veà ñoái töôïng ñieàu khieån caàn bieát vaø phuï thuoäc vaøo löôïng kieán thöùc coù töø tröôùc cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån . • Ra quyeát ñònh döïa treân vieäc nhaän daïng heä Caùc quyeát ñònh tham khaûo caùc ñaëc tính cô baûn cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån ñaõ ñöôïc nhaän daïng vaø döïa treân chæ soá hieäu quaû ñöôïc tính toaùn. Moät khi ñoái töôïng ñieàu khieån ñaõ ñöôïc nhaän daïng, noù ñöôïc so saùnh vôùi caùc ñaëc tính toái öu mong muoán vaø ra quyeát ñònh thay ñoåi caùc thoâng soá ñieàu chænh ñeå duy trì hieäu quaû toái öu. Quaù trình naøy coù theå thöïc hieän treân maùy tính . • Hieäu chænh döïa treân caùc quyeát ñònh Söï hieäu chænh tham khaûo söï thay ñoåi cuûa tín hieäu ñieàu khieån theo caùc keát quaû nhaän daïng vaø quyeát ñònh. Trong haàu heát caùc sô ñoà, caùc quyeát ñònh vaø hieäu chænh naèm trong moät khoái hoaït ñoäng, vôùi söï hieäu chænh bao goàm caùc cô caáu chuyeån ñoåi tín hieäu ra cuûa quyeát ñònh thaønh tín hieäu ñieàu khieån (Tín hieäu ra cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån ). Tín hieäu naøy coù theå ñöôïc hieäu chænh theo hai caùch : Caùch thöù nhaát laø ñieàu chænh caùc thoâng soá boä ñieàu khieån ñeå buø cho söï thay ñoåi trong ñoäng löïc hoïc ñoái töôïng ñieàu khieån. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 35 Caùch thöù hai laø ñeå toång hôïp caùc tín hieäu ñieàu khieån toái öu, döïa treân haøm truyeàn ñoái töôïng ñieàu khieån, chæ soá hieäu quaû vaø ñaùp öùng taïm thôøi mong muoán. 1.4.2 Caùc khaùi nieäm veà ñieàu khieån thích nghi Ñeå phaân loaïi ñieàu khieån thích nghi coù theå phaân loaïi theo sô ñoà ñieàu khieån hoaëc theo muïc ñích ñieàu khieån. *Theo sô ñoà ñieàu khieån coù caùc loaïi heä thoáng ñieàu khieån nhö • Heä thoáng ñieàu khieån beàn vöõng ñoä khuyeách ñaïi lôùn. • Heä thoáng thích nghi töï dao ñoäng. • Boä ñieàu khieån thích nghi khueách ñaïi choïn loïc. • Boä ñieàu khieån thích nghi moâ hình tham chieáu ( Model Reference Adaptive system - MRAS). • Boä töï ñieàu chænh (Self-tuning Regulators- STRs). 1.4.2.1 Heä thoáng ñieàu khieån beàn vöõng ñoä khuyeách ñaïi lôùn. Hình 1.36: Sô ñoà khoái heä thoáng beàn vöõng ñoä khueách ñaïi lôùn Heä thoáng ñieàu khieån beàn vöõng ñoä khuyeách ñaïi lôùn laø heä thoáng ñieàu khieån coù voøng hoài tieáp vôùi ñoä khuyeách ñaïi lôùn vaø laøm cho tín hieäu ra y ñöôïc ñieàu chænh theo tín hieäu tham chieáu ym treân moät daûi thoâng taàn soá goùc coù ñoä roäng ωB. Ñoä roäng cuûa daûi thoâng taàn soá goùc naøy ωB seõ thay ñoåi vôùi ñoäng löïc hoïc cuûa quaù trình ñieàu khieån. Neáu ñoä roäng cuûa daûi thoâng cuûa taàn soá goùc thaáp hôn giaù trò ωB, tín hieäu ra y seõ ñaùp öùng theo tín hieäu ñieàu khieån uc cho duø coù söï thay ñoåi thoâng soá ñoäng löïc hoïc cuûa quaù trình. Vaán ñeà chính ôû ñaây laø thieát keá moät voøng phaûn hoài daãn tieáp ( Feedforward ) hoaëc voøng hoài tieáp (Feedback ) sao cho heä vaãn duy trì ñöôïc caùc tính naêng hoaït ñoäng vaø ñaûm baûo ñöôïc ñoä oån ñònh baát chaáp caùc thoâng soá trong quaù trình coù thay ñoåi hay khoâng. Caáu truùc cuûa heä ñöôïc goïi laø heä coù hai baäc töï do. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 36 Ta thaáy roõ raøng caùc thoâng soá cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån khoâng ñöôïc taùc ñoäng tröïc tieáp maø caùc thay ñoåi cuûa quaù trình ñöôïc “ ñoaùn “ tröôùc , vieäc ñieàu chænh döïa treân giaù trò thöïc vaø giaù trò “ ñoaùn “ ñeå tín hieäu ra cuûa heä thoáng ñöôïc oån ñònh . 1.4.2.2 Heä thoáng thích nghi töï dao ñoäng Hình 1.37: Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng thích nghi töï dao ñoäng Heä thoáng bao goàm moät maïch hoài tieáp coù ñoä khuyeách ñaïi lôùn (Gioáng nhö heä thoáng ñieàu khieån beàn vöõng ñoä khuyeách ñaïi lôùn ) vaø moät boä rô le trong maïch ñieàu khieån ñeå taïo neân moät dao ñoäng coù taàn soá giôùi haïn. Vôùi caùc tín hieäu coù taàn soá thaáp hôn nhieàu so vôùi chu kyø dao ñoäng giôùi haïn. Bieân ñoä ñöôïc khueách ñaïi xaáp xæ 2 laàn. Vì vaäy heä thoáng vôùi maïch phaûn hoài rô-le töï ñieàu chænh ñeå cho ra moät bieân ñoä thích hôïp. Caàn chuù yù raèng heä thoáng luoân bò kích hoaït bôûi moät dao ñoäng chu kyø giôùi haïn. Taàn soá dao ñoäng naøy coù theå bò taùc ñoäng bôûi boä loïc sôùm – treã, bieân ñoä dao ñoäng coù theå ñöôïc ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi ñoä lôùn cuûa bieân ñoä rô le. Tuy heä coù hieän töôïng töï dao ñoäng trong baûn thaân heä thoáng nhöng trong moät soá caùc tröôøng hôïp hieän töôïng naøy ñoâi khi coù theå chaáp nhaän ñöôïc. 1.4.2.3 Boä ñieàu khieån thích nghi khueách ñaïi choïn loïc. Trong moät vaøi heä thoáng, caùc thoâng soá phuï coù moái quan heä maät thieát vôùi caùc ñaëc tính ñoäng löïc hoïc cuûa quaù trình. Neáu caùc bieán naøy coù theå ño ñöôïc, chuùng coù theå ñöôïc söû duïng ñeå thay ñoåi caùc thoâng soá cuûa boä ñieàu chænh. Sô ñoà hình 1.38 veà cô baûn ñöôïc duøng ñeå hieäu chænh caùc thay ñoåi cuûa ñoä khuyeách ñaïi quaù trình . Boä ñieàu chænh thích nghi khuyeách ñaïi choïn loïc laø moät maïch buø voøng hôû vaø coù theå ñöôïc xem nhö heä ñieàu khieån phaûn hoài, trong ñoù ñoä khuyeách ñaïi phaûn hoài ñöôïc ñieàu chænh vôùi maïch buø daãn tieáp ( Feedforward ). Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 37 Hình 1.38:Sô ñoà khoái cuûa boä khueách ñaïi thích nghi ñieàu khieån choïn loïc 1.4.2.4 Boä ñieàu khieån thích nghi moâ hình tham chieáu ( Model Reference adaptive system - MRAS) Heä ñieàu khieån thích nghi moâ hình tham chieáu xuaát phaùt töø vieäc ñieàu khieån caùc heä thoáng maø trong ñoù caùc ñaëc tính ñöôïc cho tröôùc döôùi daïng moâ hình tham chieáu vaø moâ hình naøy seõ qui ñònh phöông thöùc maø tín hieäu ra seõ ñaùp öùng vôùi tín hieäu vaøo. Trong sô ñoà khoái cuûa heä coù 2 voøng laëp : (1) voøng laëp trong coù taùc duïng nhö moät ñöôøng hoài tieáp thoâng thöôøng vaø (2) voøng laëp ngoaøi coù taùc duïng ñieàu chænh caùc tham soá cuûa boä ñieàu chænh sao cho sai soá giöõa tín hieäu ra cuûa moâ hình ym vaø tín hieäu ra cuûa quaù trình y laø nhoû nhaát. Voøng laëp ngoaøi laø voøng ñieàu khieån.Vaán ñeà chính laø xaùc ñònh cô caáu ñieàu chænh sao cho heä oån ñònh, ñöa sai soá trôû veà giaù trò 0. Hình 1.39: Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ÑK thích nghi theo moâ hình tham chieáu 1.4.2.5 Boä töï ñieàu chænh (Self-tuning Regulators- STRs) Boä töï ñieàu chænh thích nghi coù theå ñöôïc xem nhö bao goàm 2 voøng laëp: (1) voøng laëp trong bao goàm quaù trình vaø moät maïch hoài tieáp tuyeán tính thoâng thöôøng (2) bao goàm moät Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 38 Hình 1.40: Sô ñoà khoái cuûa heä töï ñieàu chænh boä öôùc löôïng thoâng soá hoài qui vaø moät boä thieát keá. Caùc thoâng soá cuûa boä ñieàu chænh ñöôïc thöïc hieän bôûi voøng laëp ngoaøi. Thuaät ngöõ “ töï ñieàu chænh “ ñöôïc söû duïng ñeå nhaán maïnh ñeán khaû naêng töï ñieàu chænh caùc thoâng soá ñeå ñaït ñöôïc caùc tính naêng theo yeâu caàu ñaët ra. Heä thoáng tröïc tieáp taùc ñoäng leân caùc thoâng soá thay ñoåi vaø xuaát ra tín hieäu töông öùng sao cho tín hieäu naøy ñieàu chænh thích nghi töông öùng. *Theo muïc ñích ñieàu khieån coù caùc heä thoáng: • Ñieàu khieån thích nghi coù raøng buoäc. • Ñieàu khieån thích nghi toái öu . 1.4.2.6 Ñieàu khieån thích nghi coù raøng buoäc ACC Laø caùch ñieàu khieån maø caùc thoâng soá coâng ngheä nhö: Toác ñoä caét, toác ñoä aên dao, chieàu saâu caét, ñöôïc baûo toaøn moät caùch töï ñoäng ñeå duøng heát coâng suaát toái ña cuûa ñoäng cô hay, giôùi haïn bieán daïng cuûa löôõi caét hay, giôùi haïn nhieät ñoä duïng cuï caét hay, giôùi haïn bieân ñoä dao ñoäng cuûa löôõi caét. 1.4.2.7 Ñieàu khieån thích nghi toái öu ACO Laø xaùc ñònh caùc thoâng soá coâng ngheä sao cho toái öu theo moät vaøi chæ soá hay tieâu chuaån toác ñoä saûn xuaát daïng troïng soá cuûa caùc raøng buoäc. Haàu heát caùc ñieàu khieån thích nghi trong coâng nghieäp laø daïng ACC. Sau khi phaân tích vôùi ñieàu kieän laøm thöïc nghieäm thöïc teá vaø nhaèm taêng naêng suaát, taêng möùc töï ñoäng baèng vieäc giaûm caùc thao taùc ñieàu khieån, taêng tuoåi thoï dao vaø tuoåi thoï maùy, cuõng nhö goùp phaàn Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 39 ñaûm baûo chaát löôïng cuûa chi tieát trong quaù trình gia coâng chuùng toâi choïn giaûi thuaät thích nghi theo phöông phaùp töï ñieàu chænh coù raøng buoäc. 1.4.3 Xaùc ñònh thoâng soá cho quaù trình ñieàu khieån thích nghi Ñeå giaùm saùt quaù trình gia coâng coù theå thoâng qua caùc thoâng soá nhö löïc caét, ñoä nhaùm beà maët cuûa saûn phaåm trong quaù trình gia coâng, dao ñoäng cuûa duïng cuï caét hoaëc tình traïng cuûa dao v.v.v.. . Do vaäy vieäc giaùm saùt maùy coâng cuï caàn phaûi coù nhieàu loaïi caûm bieán khaùc nhau ñeå nhaän bieát caùc hieän töôïng vaät lyù xaûy ra trong quaù trình caét kim loaïi. Vaán ñeà ôû ñaây laø xaùc ñònh loaïi caûm bieán chæ moät thoâng soá maø thoâng soá naøy bieåu thò ñuû traïng thaùi cuûa quaù trình gia coâng, ñaëc bieät laø trong quaù trình phay laø quaù trình gia coâng vôùi dao phay goàm nhieàu löôõi caét cuøng laøm vieäc vôùi toác ñoä cao. Qua quaù trình nghieân cöùu coù theå noùi löïc caét laø moät thoâng soá caàn bieát nhaát trong quaù trình gia coâng coù heä thoáng giaùm saùt vaø ñieàu khieån. Do löïc caét phuï thuoäc vaøo caùc thoâng soá hình hoïc cuûa phaàn löôõi caét, vaät lieäu dao, vaät lieäu gia coâng, cheá ñoä caét ( S,v,t ), chaát löôïng löôõi caét, nhieät taïi vuøng gia coâng vaø baát kyø rung ñoäng lieân quan giöõa duïng cuï vaø chi tieát. Löïc caét laø yeáu toá sinh ra nhieät caét trong quaù trình gia coâng, laø nguyeân nhaân chính daãn ñeán moøn duïng cuï vaø laø nhaân toá chuû yeáu gaây neân caùc bieán daïng cuûa heä thoáng coâng ngheä trong quaù trình gia coâng. Giöõ oån ñònh löïc caét trong quaù trình gia coâng seõ giuùp ta caûi thieän ñöôïc chaát löôïng beà maët gia coâng, taêng naêng suaát vaø giaûm bôùt vieäc moøn vaø gaõy duïng cuï trong quaù trình gia coâng. Ngoaøi ra, söï ño löôøng löïc caét ngay trong quaù trình gia coâng seõ cung caáp moät tín hieäu coù theå ñöôïc söû duïng ñeå phaùt hieän löôõi caét bò moûi hay gaõy, hoaëc ñeå phaùt hieän va ñaäp v.v.Thoâng soá ño laø löïc ñeå ñieàu khieån thích nghi löôïng chaïy dao f nhaèm duy trì löïc caét khoâng ñoåi khi ñieàu kieän caét thay ñoåi. Sô ñoà ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay nhö sau: Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 40 Hình 1.41: Sô ñoà heä thoáng ñieàu khieån thích nghi trong gia coâng kim loaïi Tín hieäu ñaàu vaøo laø löïc caét lôùn nhaát mong muoán ( Giaù trò tham chieáu ), löïc caét thöïc ñöôïc xaùc ñònh baèng caùc caûm bieán gaén treân truïc chính hay baøn maùy. Löïc caét lôùn nhaát taïi moãi löôõi caét ñöôïc xaùc ñònh vaø ñöôïc truyeàn qua boä thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi. Löïc caét lôùn nhaát Fp (k) ñöôïc ñaùnh giaù taïi töøng chu kyø truïc chính vaø so saùnh vôùi löïc caét ñöôïc thieát laäp ban ñaàu Fr ( k ). Thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi xaùc ñònh toác ñoä caét môùi ñeå laøm giaûm thieåu sai soá löïc caét ( So vôùi giaù trò tham chieáu ). Tín hieäu toác ñoä ñieàu khieån fc (k) ñöôïc truyeàn ñeán maùy CNC ñeå ñieàu khieån ñoäng cô boä truyeàn ñoäng, laøm baøn maùy di chuyeån ñeå ñaït toác ñoä caét thöïc fa (k ) . Hình 1.42:Boä ñieàu khieån thích nghi Boä ñieàu khieån thích nghi duøng theâm moät voøng hoài tieáp nöõa beân caïnh caùc voøng hoài tieáp thoâng thöôøng trong ñieàu khieån vò trí ñeå hieäu chænh moät caùch linh hoaït caùc thoâng soá coâng ngheä trong quaù trình gia coâng. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 41 Do caùc thoâng soá ñieàu khieån ñöôïc ñieàu chænh theo söï thay ñoåi cuûa thoâng soá quaù trình caét neân heä thoáng ñieàu khieån “thích nghi “ vôùi söï thay ñoåi caùc ñieàu kieän gia coâng. Voøng ñieàu khieån thích nghi nhaèm ñaûm baûo löïc caét thöïc khi phay luoân luoân caân baèng vôùi giaù trò tham khaûo khoâng ñoåi, giaù trò naøy khoâng vöôït quaù giôùi haïn phaù huûy cuûa duïng cuï. Ñeå xaùc ñònh löïc caét trong quaù trình gia coâng coù nhieàu phöông phaùp khaùc nhau coù theå : duøng löïc keá gaù coá ñònh treân baøn maùy, hoaëc löïc keá gaén treân truïc chính cuûa maùy, duïng cuï ño löïc thoâng qua ñoä dòch chuyeån truïc chính, ño löïc caét thoâng qua doøng ñieän ñoäng cô, ño löïc caét thoâng qua tín hieäu aâm thanh cuûa quaù trình gia coâng.. Nhö vaäy trong thöïc teá coù raát nhieàu phöông phaùp ño löïc khaùc nhau, moãi phöông phaùp ñeàu coù nhöõng öu nhöôïc ñieåm khaùc nhau. 1.4.3.1 Löïc keá Kistler Caûm bieán nhieàu thaønh phaàn cuûa Kistler duøng ñeå ño löïc ñoäng vaø tónh cuûa ba thaønh phaàn löïc Fx,Fy,Fz taùc ñoäng leân taám treân cuûa caûm bieán. Löïc keá coù ñoä cöùng vöõng vaø taàn soá hoaït ñoäng cao. Löïc keá nhö treân hình 1.43 Hình 1.43: Caûm bieán Kistler 1.4.3.2 Löïc keá döïa treân nguyeân taéc ño bieán daïng baèng strain gage Ñoái vôùi löïc Kistler raát thích hôïp cho quaù trình ño doäng, tuy nhieân giaù thaønh raát cao. Trong khuoân khoå nghieän cöùu cuûa ñeà taøi, chuùng toâi cuõng maïnh daïn thieát keá vaø cheá taïo moät löïc keá ño löïc caét trong quaù trình gia coâng treân maùy phay döïa treân nguyeân taéc Strain gage. Sô ñoà löïc keá ñöôïc trình baøy treân hình 1.44 Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 42 Hình 1.44: Sô ñoà ño löïc döïa treân nguyeân lyù strain gages treân maùy phay Löïc keá ñaët treân baøn maùy vôùi chi tieát gia coâng ñöôïc ñònh vò vaø keïp chaët phía treân seõ chòu taùc ñoäng cuûa löïc trong quaù trình gia coâng truyeàn qua phoâi ñeán caùc phaàn töû ñaøn hoài. Caûm bieán caûm nhaän tín hieäu löïc ñöôïc söû duïng laø strain gage seõ bieán daïng cuøng vôùi caùc phaàn töû ñaøn hoài laøm thay ñoåi ñieän trôûû, qua maïch caàu Wheatstone laøm maát caân baèng maïch caàu, daãn ñeán söï thay ñoåi ñieän aùp. Card thu nhaän döõ lieäu PCL-812PG seõ chuyeån giaù trò ñieän aùp thay ñoåi töø caàu Weatstone thaønh tín hieäu soá, xöû lyù vaø hieån thò keát quaû löïc ño ñöôïc treân maùy tính qua phaàn meàm DASYLab . Phaàn thieát keá löïc keá Strain gage ñöôïc trình baøy trong phuï luïc 1.6. Sau khi tính toaùn vaø choïn caùc kích thöôùc cuûa caùc phaàn töû vaø toaøn boä heä thoáng, chuùng toâi kieåm nghieäm treân phaàn meàm ANSYS (Hình 1.45) Dao phay Chi tiết gia công Phần tử đàn hồi Strain gages Cầu Wheatstone Khuyếch đại Card thu nhận dữ liệu PCL-812PG Máy tính + DASYLab Lực tác dụng Biến dang Thay đổi điện trở Điện áp ra Điện áp ra đã được khuyếch đại LỰC KẾ PHAY Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 43 Hình 1.45: Duøng ANSYS ñeå phaân tích caùc phaàn töû ñaøn hoài Kieåm tra treân phaàn meàm ANSYS cho thaáy öùng vôùi kích thöôùc voøng taùm caïnh ñaõ choïn, ñoä cöùng vöõng cuûa löïc keá cao, chuyeån vò cuûa taám treân raát nhoû do ñoù khoâng aûnh höôûng ñeán ñoä chính xaùc cuûa chi tieát gia coâng. Chuyeån vò cuûa löïc keá trong tröôøng hôïp Fx = Fy = Fz = 100N ñöôïc theå hieän treân hình 1.45 ( Giaù trò lôùn nhaát laø 0,09456 mm ). Hình 1.46: Bieåu ñoà chuyeån vò cuûa löïc keá Boán voøng taùm caïnh ñöôïc boá trí ñeå caûm nhaän löïc theo 3 phöông ñoäc laäp vôùi nhau. Vò trí cuûa 4 voøng taùm caïnh treân 2 taám treân vaø döôùi ñöôïc moâ taû treân hình 1.47. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 44 Hình 1.47: Löïc keá phay 1.4.3.3 Khaùi quaùt veà phaàn meàm DASYLab(Cuûa haõng National Instrument) DASYLab laø phaàn meàm thu nhaän vaø xöû lyù döõ lieäu trong moâi tröôøng Microsoft Windows. Ñaây laø moät heä thu nhaän vaø phaân tích döõ lieäu vôùi nhieàu chöùc naêng vaø giao dieän tröïc quan. Vaø quan troïng laø noù coù theå thích hôïp vôùi nhieàu thieát bò thu nhaän döõ lieäu ño treân thò tröôøng. Ñaây cuõng laø 1 trong nhöõng lyù do chuùng toâi söû duïng phaàn meàm naøy vaø card PCL 812PG, do khaû naêng vaø öu ñieåm cuûa phaàn meàm DASYLab. Chöông trình thu nhaän giaù trò löïc caét treân DASYLAB:Chöông trình thu nhaän döõ lieäu treân DasyLab goàm caùc cuïm chöùc naêng nhö: thu nhaän giaù trò ñieän aùp vaøo vaø bieán ñoåi thaønh giaù trò löïc ( Hình 1.48) . Hình 1.48: Thu nhaän vaø chuyeån ñoåi Giao tieáp vôùi chöông trình khaùc trong Windows qua moâdun truy xuaát döõ lieäu ñoäng DDE ( Hình 1.49 ). Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 45 Hình 1.49: Truy xuaát döõ lieäu ñoäng Giao dieän cuûa chöông trình ñöôïc theå hieän treân hình 1.50 Hình 1.50: Giao dieän cuûa chöông trình thu nhaän döõ lieäu baèng DASYLab 1.4.4 Thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay 1.4.4.1 Ñoäng hoïc quaù trình phay Trong quaù trình caét, löôïng phoi ñöôïc laáy ñi luoân luoân thay ñoåi hay noùi caùch khaùc laø löïc caét lôùn nhaát trong 1 chu kyø ñieàu khieån (Fp(k))( baèng hoaëc nhoû hôn 1 voøng quay truïc chính ) luoân thay ñoåi trong quaù trình gia coâng. Quaù trình caét coù theå xem nhö heä ñoäng hoïc baäc nhaát trong moät khoaûng thôøi gian khoâng ñoåi, khoaûng thôøi gian naøy baèng moät hay nhieàu hôn moät chu kyø caét nhöng nhoû hôn chu kyø quay của truïc chính. Khi chieàu roäng hay chieàu saâu caét thay ñoåi, giaù trò löïc caét cuõng thay ñoåi. Do ñoù ñoäng löïc hoïc baäc nhaát cuûa quaù trình caét coù caùc thoâng soá thay ñoåi theo thôøi gian. Heä thoáng truyeàn ñoäng vaø ñieàu khieån maùy coâng cuï coù theå xem gaàn ñuùng laø heä lieân tuïc baäc nhaát : ( )m ( ) 1G ( ) 1ac m f ss f s sτ= = + (1.1) Trong ñoù : • fa : löôïng chaïy dao thöïc (mm/s) Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 46 • fc : löôïng chaïy dao ñieàu khieån (mm/s) Löôïng chaïy dao (Hay löôïng phoi ñöôïc laáy ñi trong moät voøng quay) ñöôïc tính baèng coâng thöùc : h [mm/voøng] = ( ) cf Nn (1.2) Trong ñoù : • N laø soá löôõi caét treân dao phay . • n [Voøng/s] laø toác ñoä truïc chính. Löïc caét khoâng thay ñoåi laäp töùc theo löôïng chaïy dao vaø quaù trình naøy coù theå xem nhö coù ñoäng hoïc baäc nhaát . ( ) ( ) ( , , ) 1. ( ) . 1 p c st ex p a c F s K ab NG s f s N n s φ φ τ= = + (1.3) Trong ñoù : • Kc [N/mm2] : laø haèng soá caét . • a [mm] laø chieàu saâu caét . • b (φst , φex , N) laø haøm cuûa chieàu roäng caét, khoâng coù ñôn vò vaø coù theå thay ñoåi töø 0 ñeán N phuï thuoäc vaøo goùc tröôùc chính vaø soá löôõi caét . • Chieàu saâu caét (a) vaø chieàu roäng caét (b) coù theå thay ñoåi theo ñöôøng chaïy dao phuï thuoäc vaøo hình hoïc chi tieát. Do ñoù a vaø b thay ñoåi theo thôøi gian . Haøm truyeàn keát hôïp cuûa heä laø : ( ) 1 . ( 1) ( 1) ( 1) ( 1) pc c m c m c KK abG s s Nn s s sτ τ τ τ= =+ + + + (1.4) Trong ñoù : • Kp [N/mm/s] laø ñoä khuyeách ñaïi cuûa quaù trình . ( . ) c p K abK N n = (1.5) Thöïc teá, cτ coù theå thay ñoåi tuyø thuoäc vaøo ñoä bieán daïng tónh trong caáu truùc duïng cuï - chi tieát. Qua khaâu laáy maãu ñaàu ra rôøi raïc böôùc ∆ laø : ( ) ( )( ) ( ) ( )⎥⎦⎤⎢⎣⎡−== − s sGZzkf kF zG c c p c 11 (1.6) Ta coù theå bieåu dieãn Gc (z) theo daïng ña thöùc vaø tìm tröïc tieáp caùc heä soá cuûa phöông trình laëp : ( ) 12 1 2 o c b z bG z z a z a += + + (1.7) Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 47 Trong ñoù : / / 0 (1 ) (1 )m cT Tm c p m c e eb K τ ττ τ τ τ − −− − −= − (1.8) / / / / 1 (1 ) (1 )c m m cT T T Tc m p m c e e e eb K τ τ τ ττ τ τ τ − − − −− − −= − (1.9) ( )/ /1 m cT Ta e eτ τ− −= − + (1.10) ( )1 12 c mTa e τ τ− += (1.11) Caùc thoâng soá rôøi raïc (a1 , a2 , b0 , b1) phuï thuoäc vaøo hình hoïc chi tieát vaø chuùng coù theå thay ñoåi trong suoát quaù trình gia coâng. Ñeå thieát keá heä ñieàu khieån thích nghi, caùc thoâng soá thay ñoåi khoâng bieát tröôùc (a1 , a2 , b0 , b1) phaûi ñöôïc öôùc löôïng taïi töøng chu kyø truïc chính. Chuùng toâi söû duïng thuaät toaùn bình phöông cöïc tieåu hoài qui RLS ñeå öôùc löôïng caùc thoâng soá quaù trình caét. Thuaät toaùn bình phöông cöïc tieåu hoài qui ñöôïc toùm taét nhö sau : ˆ ˆ ˆ( ) ( 1) ( )[ ( ) ( ) ( 1)]Tpk k K k F k k kθ θ ϕ θ= − + − − (1.12) ( ) ( 1) ( ) ( ) ( 1) ( )T P k kK k k P k k ϕ λ ϕ ϕ −= + − (1.13) ( ) ( ) ( ) ( )1 TP kP k I K k kϕλ − ⎡ ⎤= −⎣ ⎦ (1.14) Trong ñoù vectô thoâng soá laø : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡= ∧∧∧∧∧ 1021 bbaa T θ vaø vectô hoài qui laø ( 1) ( 1) ( 2) ( 1) ( 2)T p p ck F k F k f k f kϕ ⎡ ⎤− = − − − − − −⎣ ⎦) (1.15) K(k) ñöôïc goïi laø ñoä khueách ñaïi öôùc löôïng vôùi heä soá λ thoaû 0,5 < λ < 1 . Thöôøng λ ñöôïc choïn giöõa 0,8 vaø 0,95. Ma traän phaân taùn chung P(k) laø moät ma traän 4 x 4. Giaù trò ban ñaàu cuûa caùc thoâng soá ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch ñoaùn tröôùc giaù trò ban ñaàu. 1.4.4.2 Thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi quaù trình phay Döïa treân caùc thoâng soá ñöôïc ñaùnh giaù tröïc tuyeán ta xaây döïng moät thuaät toaùn ñieàu khieån thích nghi ñeå ñieàu chænh giaù trò löïc caét. Treân hình 1.51 laø sô ñoà cuûa heä ñieàu khieån thích nghi phaân nghieäm. Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 48 Hình 1.51: Sô ñoà cuûa heä ñieàu khieån thích nghi phaân nghieäm Haøm truyeàn cuûa heä ñieàu khieån voøng kín : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) p r F k T z B z F k A z R z B z S z = + (1.16) Caùc ña thöùc S(z-1) , T (z-1) vaø R(z-1) theå hieän voøng hoài tieáp, voøng daãn tieáp vaø boä ñieàu chænh sai soá, caùc ña thöùc naøy phaûi ñöôïc xaùc ñònh taïi töøng chu kyø truïc chính . Thuaät toaùn ñieàu khieån löôïng chaïy dao fc (k) laø : ( ) ( ) ( )c r pRf k TF k SF k= − (1.17) Muïc ñích cuûa boä ñieàu chænh thích nghi laø laäp haøm truyeàn voøng kín giöõa löïc tham chieáu Fr vaø löïc thöïc Fp tuaân theo moâ hình ñoäng hoïc mong muoán : ( ) ( ) ( ) ( ) p m r m F k B z F k A z = (1.18) Vôùi Am(z) ñöôïc thieát keá thoaû maõn caùc ñaëc tính ñaùp öùng taïm thôøi cuûa boä ñieàu khieån . Ñeå theå hieän ñaùp öùng nhö mong muoán, ta löïa choïn ñoäng hoïc baäc hai : ( ) 22 22 cos( 1 )Tn nTm nA z z e T z eωξ ξωω ξ− −= − − + (1.19) Ña thöùc naøy töông öùng vôùi moät heä lieân tuïc baäc hai vôùi heä soá giaûm chaán ξ vaø taàn soá rieâng ωn, ( 22 2 n ns sξω ω+ + ), vaø chu kyø ñieàu khieån (Thôøi gian laáy maãu) T baèng vôùi chu kyø truïc chính. Heä soá ξ =0,8; ωn = 2.5/3T ñöôïc choïn cho thuaät toaùn naøy. Vieát laïi coâng thöùc (1.18 ) ta coù : Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 49 1 22 1 2 ( ) 1 ( ) p m r m F k B m m F k A z m z m + += = + + (1.20) vôùi 21 2 cos( 1 )n T nm e T ξω ω ξ= − − 2 2 nTm e ξω−= + Thay ξ, ωn vaøo coâng thöùc treân hay söû duïng baûng (Baûng 4.16 – Taøi lieäu : Ñieàu khieån soá maùy ñieän ) ta ñöôïc : m1 = - 0.9011 ; m2 = 0.2636 Ñeå heä hoaït ñoäng nhö moâ hình mong muoán, ñieàu kieän cho caùc ña thöùc R, S, T phaûi thoûa maõn laø : m m BBT AR BS A =+ (1.21) Vaán ñeà thieát keá laø tìm caùc ña thöùc R, S, T duøng trong haøm truyeàn cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån vaø cuûa moâ hình mong muoán. Töû soá haøm truyeàn cuûa quaù trình gia coâng : 0 1 0( ) ( ) ( ) ( / )B z B z B z b z b b − += = + (1.22) Ñeå giöõ cho heä ñieàu khieån beàn vöõng, heä ñieàu khieån phaûi ñöôïc thieát keá döïa vaøo söï oån ñònh cuûa ñieåm 0 . ¾ Tröôøng hôïp 1 : Ñieåm 0 oån ñònh ( 1 0b b− < 1 ) Ñaët B-(z) = bo , B+(z) = z + b1/bo . Caùc thoâng soá ñieàu khieån coù theå ñöôïc thieát keá ñeå ñieåm 0 oån ñònh coù theå bò trieät tieâu bôûi moät trong caùc nghieäm. Ñeå trieät tieâu B+ vôùi 1 trong caùc nghieäm cuûa haøm truyeàn, R phaûi ñöôïc thieát keá ñeå coù thöøa soá B+. 1 0 ' ( / ) 'R B R z b b R += = + (1.23) Ñieàu kieän ôû coâng thöùc ñöôïc vieát laïi . ( ) ( ' ) ' ( ) o m o m A B zB B T B T B AR B S AR B S A A z + − − + − −= =+ + (1.24) Caùc ña thöùc ñieàu khieån R’ , S vaø T ñöôïc ruùt ra töø caùc ñaëc tính sau : 0 mB T A B − ≡ 0' mAR B S A A −+ ≡ Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 50 Trong ñoù phöông trình ñaëc tính thöù hai ñöôïc goïi laø phöông trình Diophantine. Baäc (ñöôïc kyù hieäu laø deg trong caùc coâng thöùc ) cuûa caùc ña thöùc B vaø A cuûa haøm truyeàn quaù trình gia coâng laø : deg( ) deg( ) deg( ) 1 0 1 B B B+ −= + = + = deg( ) 2 A = vaùØ mdeg(A ) = 2 Baäc cuûa caùc ña thöùc R, S, T ñöôïc xaùc ñònh töø caùc ñieàu kieän raøng buoäc vaøo baäc cuûa caùc haøm truyeàn : 0deg( ) 2 deg( ) deg( ) deg( ) 1 2 . 2 2 1 1 0 mA A A B+≥ − − − = − − = deg( ) deg( ) deg( ) deg( ) 1 1 2 2 1 2 o mR A A A= + − + = + − + = deg( ) deg( ) 1 2 1 1 S A= − = − = deg( ) deg( ) deg( ) deg( ) 1 0 0 1 o mT A A B−= + − = + − = deg( ') deg( ) 1 2 1 1 R R= − = − = Do ñoù ta coù caùc ña thöùc Ao, R, S, T nhö sau : ( ) oA z z= 1'( ) R z z r= + 1( ) s s oS z z= + ( ) oT z t z= Phöông trình Diophantine (AR’ + B-S = AoAm) trôû thaønh . ( )( ) ( ) ( )2 21 2 1 0 0 1 1 2z a z a z r b s z s z z m z m+ + + + + ≡ + + (1.25) vaø 0 mB T A B − ≡ (1.26) Töø hai phöông trình treân, caùc thoâng soá cuûa ña thöùc ñöôïc ruùt ra. 1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 0 o o o a r m a r a b s m b s a r + =⎧⎪ + + =⎨⎪ + =⎩ ⇒ 1 1 1 - r m a= 2 1 1 2os = o m a r a b − − 2 11 - o a rs b = Baùo caùo toång keát khoa hoïc kyõ thuaät –Ñeà taøi KC-03.12 Chöông 1: Boä ñieàu khieån maùy CNC thoâng minh 51 1 20 1 o m mt b + += Suy ra ( ) 2 1 11 1 0 0 b bR z z r z r b b ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + + +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ( ) 0 1S z s z s= + ( ) 0T z t z= Löôïng chaïy dao ñöôïc tính taïi töøng chu kyø truïc chính töø luaät ñieàu khieån : ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )c r p T z S z f k F k F k R z R z = − (1.27) Thay theá caùc thoâng soá ta coù ñöôïc : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 10 1 1 0 1 0 0 0 1 1 2 1 2c r c c p b bf k t F k r f k r f k s F k s F k b b ⎛ ⎞= − − + − − − − − − −⎜ ⎟⎝ ⎠ (1.28) ¾ Tröôøng hôïp 2 : Ñieåm 0 khoâng oån ñònh ( 1 0b b− > 1,0) Ñaët : B+(z) = 1 , B-(z) = boz + b1 Tieán trình thöïc hieän cuõng gioáng nhö tröôøng hôïp 1, chæ khaùc laø ñieåm 0 khoâng theå bò trieät tieâu vaø noù phaûi ñöôïc tính ñeán tr