Thạc Sĩ Nghiên cứu khảo sát và nâng cao chất lượng hệ thống truyền động cho bàn máy phay CNC

MƠ ĐÂU

Ngày nay , cuôc cach mang khoa hoc ky thuât trên thê giơi đang phat triên vơi tôc đô vu bao , không ngưng vươn tới những đỉnh cao mơi, trong đo co nhưng thành tựu về kỹ thuật tự động hóa sản xuất . Đa sô cac may côn g cu hiên đai đươc điêu khiên theo chương trinh sô . Đây la nhưng điêu kiên ky thuât cơ ban để thực hiên nhưng điêu kiên tư đông hoa linh hoat trên tưng may công cụ điều khiển số riêng le , hay cac trung tâm điêu khiên sô cũng như việc g hép nối chúng thành môt hê thông linh hoat , điêu khiên liên thông băng may tinh ghep nôi mạng. Vơi tiên bô mạnh mẽ của công nghệ vi xử lý đã tạo điều kiện nâng cao vượt bậc công năng cua hê điêu khiên sô , đông thơi vơi viêc ngay cang giam vê gia thanh của bộ điều khiển này. Cụm vi xử lý với tư cách là bộ phận chính yếu của thiết bị và các bo mạch ghép nối ngoại vi là những phần cứng không thể thiếu được trong cac máy công cụ
CNC.

Trong cac nha may xi nghiêp côn g nghiêp ơ nươc ta hiên nay máy phay CNC nói riêng và may công cụ điều khiển số CNC nói ch ung ngày càng được sử dụng rông rai . Viêc phat huy hiêu qua sư dung , bảo dưỡng vân hành máy là vấn đề đăc biêt quan tâm cua chung ta . Muôn phat huy đươc hiêu qua tôi đa khả năng thiết bị cũng như việc cải tiến nó cho phù hợp vơi điêu kiên môi trương va con ngươi Viêt Nam đoi hoi phai có sự hiểu biêt sâu săc vê may công cu CNC .
Viêc “Nghiên cứu khảo sát và nâng cao chất lượng hệ thống truyền động cho bàn máy phay CNC ” có một ý nghĩa rât lơn trong ng ành tự động hóa . Đo chính là nội dung đề tài luận văn tốt nghiệp cao h ọc của tôi.
Luận văn này được chia thành 5 chương sau:

Chương I - Tổng quan về máy công cụ CNC.

Chương II - Hệ thống đo lường và điều khiển trong máy CNC.

Chương III - Phân tích và chọn phương án truyền động cho bàn máy phay CNC

Chương IV - Tổng hợp hệ thống truyền động bàn máy phay CNC.

Chương V - Nâng cao chất lượng hệ truyền động bàn máy phay CNC bằng bộ điều khiển mờ lai.






DANH MUC CAC HINH VE VA ĐÔ THI



Hình vẽ Tên hinh ve Trang
Hình 1.1 Cơ sở của các máy CNC 1
Hình 1.2 Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ Đề
các 2
Hình 1.3 Cấu trúc các khối chức năng của hệ CNC 5
Hình 1.4 Sơ đô nguyên ly của 1 máy phay đứng 3 trục (X,Y,Z) 6
Hình 1.5 Lưu thông tín hiệu trong điều khiển số 7
Hình 1.6 Lưu đồ điều khiển hệ CNC 9
Hình 1.7 Cấu trúc hệ điêu khiển NC 9
Hình 1.8 Cấu trúc hệ điêu khiển CNC 10
Hình 1.9 Các bước của khâu chuẩn bị chương trình bằng tay 11
Hình 1.10 Lưu đồ lập trình bằng máy 12
Hình 1.11 Cấu trúc của hệ CNC 14
Hình 1.12 Hệ DNC 15
Hình 1.13 Ghép nối các máy CNC với máy tính trung tâm 17
Hình 2.1 Dụng cụ đo lường vị trí trên hệ CNC 21
Hình 2.2 Các điểm Reference Marks trên Encoder 22
Hình 2.3 Sai số tải được tạo ra ở chiết áp khi một điện trở tải được nối
giữa công tác trượt và một đầu của dây điện trở. 23
Hình 2.4 Bộ đo góc, môt loại cảm biến mà tín hiệu đầu ra của nó là
một hàm lượng giác của vị trí trục roto . Hai cuộn roto đặt cách nhau 900, hai cuộn Stator cũng đặt cách nhau 900 24
Hình 2.5 Bộ đo góc sử dụng như cảm biến, có môt cuộn dây roto ngắn
mạch 24
Hình 2.6 Sơ đồ khối bộ mã hóa số trực tiếp 25
Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ mã hóa xung, tần số, thời gian 26
Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ mã hóa tương tự sang số 26
Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ chuyển đổi Analog to Digital 26
Hình 2.10 Thước đo số theo nguyên tắc quang-điện-soi thấu
(Heidenhain) 27



Hình 2.11 Phương pháp nội suy dùng bộ tính toán arctang 28
Hình 2.12 Phương pháp nội suy dùng bảng nội suy và khối tính toán 29
Hình 2.13 Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển CNC 29
Hình 2.14 Thành phần cơ bản của MCU 31
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dây quấn của động cơ không đồng bộ 36
Hình 3.2 Hệ trục vector không gian(a,b,c) và hệ tọa độ cố định trên
stator (,) 38
Hình 3.3 Hệ tọa độ cố định trên stator (,) và hệ toạ độ cố định trên rotor(x,y) 39
Hình 3.4 Biểu diễn vét tơ dòng điện rotor trên hệ trục tọa độ cố định
stator (,) và hệ tọa độ cố định rotor (x,y) 40
Hình 3.5 Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định stator
(,) và hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q). 42
Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ 47
Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ 48
Hình 3.8 Định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor
(d,q) 48
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết
bị biến tần 51
Hình 3.10 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ. 52
Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ
hai mạch vòng kín. 53
Hình 3.12 Đường đặc tĩnh tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch
vòng kín. 54
Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ
shai mạch vòng kín. 55
Hình 3.14 Đồ thị dòng điện và tốc độ quay của quá trình khởi động hệ
thống điều chỉnh tốc độ
a) Quá trình khởi động tăng tốc lý tưởng.
b) Hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín 56
Hình 3.15 Bộ điều tiết tốc độ quay cài đặt phản hồi âm vi phân 60
Hình 3.16 Ảnh hưởng của phản hồi âm vi phân tốc độ quay đối với quá
trình khởi động.
1 – Hệ thống hai mạch vòng kín thông dụng
2 – Hệ thống cài đặt phản hồi âm vi phân 61
Hình 3.17 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của mạch vòng tốc độ quay có
cài đặt phản hồi âm vi phân tốc độ quay:
a. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ban đầu 61



b. Sơ đồ cấu trúc sau khi đơn giản hoá
Hình 3.18 Hệ thống điều khiển tốc độ ba mạch vòng có mạch vòng có
cài đặt suất biến đổi dòng điện.
ADR – bộ điều chỉnh sức biến đổi dòng điện.
CD – khâu vi phân dòng điện 65
Hình 3.19 Bộ điều chỉnh sức biến đổi dòng điện 65
Hình 3.20 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của mạch vòng suất biến đổi
dòng điện 66
Hình 4.1 Hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ 68
Hình 4.2 Mạch điện thay thế của động cơ một chiều. 69
Hình 4.3 Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều 70
Hình 4.4 Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải 71
Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá 72
Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi. 72
Hình 4.7 Sơ đồ cấu trúc thu gọn:
a. Theo tốc độ, b. Theo dòng điện 73
Hình 4.8 Thời gian phát xung và thời gian mất điều khiển của bộ chỉnh
lưu 74
Hình 4.9 Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor
a. khi chuẩn xác, b. khi gần đúng. 75
Hình 4.10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 76
Hình 4.11 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 77
Hình 4.12 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 78
Hình 4.13 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí 80
Hình 4.14 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 82
Hình 4.15 Quan hê giưa  và  83
Hình 4.16 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID 87
Hình 4.17 Các tín hịệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau
của vị trí đặt đầu vàođặt = 10(V), I = 0(A) 88
Hình 4.18 Các tín hịệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau
của vị trí đặt đầu vàođặt = 10V, I = 8,7 A 89
Hình 5.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ 91
Hình 5.2 Mô hình chuyển đổi hiểu biết của con người và hệ mờ 94
Hình 5.3 Ví dụ chọn tập dữ liệu vào/ra 96



Hình 5.4 Hệ điều khiển mờ theo luật I 101
Hình 5.5 Hệ điều khiển mờ theo luật PD 101
Hình 5.6 Hệ điều khiển mờ theo luật PI 102
Hình 5.7 Hệ điều khiển mờ PID 103
Hình 5.8 Vị trí đặt bộ điều khiển mờ trong hệ điều khiển vị trí 105
Hình 5.9 Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu vào: vị trí đặt 106
Hình 5.10 Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu ra: Hệ số khuếch đại 106
Hình 5.11 Các luật điều khiển mờ 106
Hình 5.12 Sơ đồ khối của khối luật bù mờ. 107
Hình 5.13 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí có bộ điều khiển mờ 108
Hình 5.14 Quan hệ vào – ra của bộ điều khiển mờ 108
Hình 5.15 Kết quả mô phỏng với đặt = 10V, I = 0A 109
Hình 5.16 Kết quả mô phỏng với đặt = 10V, I = 8,7A 110