nghiên cứu, nâng cao chất lượng truyền động bàn máy gia công tia lửa điện cnc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

























ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA






NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG
TIA LỬA ĐIỆN CNC






NGUYỄN THỊ MAI

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT







NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG
TIA LỬA ĐIỆN CNC






Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số:
Học viên: NGUYỄN THỊ MAI
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ QUANG LẠP

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc




THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT



ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG
TIA LỬA ĐIỆN CNC



Học viên: Nguyễn Thị Mai
Lớp: TĐH – K11
Chuyên ngành: Tự động hóa
Người HD khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp
Ngày giao đề tài: 01/01/2010
Này hoàn thành: 30/07/2010

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN





PGS.TS VÕ QUANG LẠP NGUYỄN THỊ MAI

DUYỆT BGH KHOA SAU ĐẠI HỌC




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu
tham khảo.

Tác giả luận văn



Nguyễn Thị Mai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC



Nộ i dung
Trang

Trang phụ bì a

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mụ c hình vẽ và đồ thị
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt

Mở đầ u



CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC


1.1. Lý thuyết gia công tia lửa điện CNC
1
1.1.1. Lịch sử phát triển của máy gia công tia lửa điện CNC
1
1.1.2. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện
2
1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá
3
1.2. Giới thiệu tổng quan máy EDM
4
1.2.1. Giới thiệu sơ đồ
4
1.2.2. Các khâu quan trọng trong sơ đồ

5
1.3. Hệ thống đo lường trong máy EDM
14
1.3.1. Cảm biến vị trí, tốc độ
14
1.3.2. Các phương pháp đo vị trí
19
1.3.3. Hệ điều khiển các chuyển động
26
CHƢƠNG 2
PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG BÀN

2.1. Các yêu cầu của truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC
31
2.1.1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ
31
2.1.2. Độ trơn điều chỉnh tốc độ
32
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.1.3.Độ ổn định tốc độ
32
2.1.4. Đặc tính phụ tải
32
2.1.5. Độ chính xác vị trí
33
2.2. Các hệ truyền động bàn trong máy gia công tia lửa điện CNC
34
2.2.1. Truyền động thuỷ lực
34

2.2.2. Hệ truyền động dùng động cơ bước
37
2.2.3. Hệ truyền động dùng động cơ tuyến tính
40
2.2.4. Hệ truyền động dùng động cơ AC servo(AC servo motor)
41
2.2.5. Hệ truyền động dùng động cơ servo một chiều(DC servo motor)
42
2.2.6. Hệ truyền động Thyristor - động cơ (T- Đ)
44
2.2.7. Hệ truyền động xung điện áp động cơ điện một chiều
45
CHƢƠNG 3
PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÀN

3.1. Sơ đồ khối
54
3.1.1. Giới thiệu sơ đồ
54
3.1.2. Thiết kế mạch tạo xung điều khiển đảo chiều
57
3.2. Tổng hợp hệ thống
62
3.2.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống
62
3.2.2. Hàm số truyền các khâu trong sơ đồ
63
3.2.3. Tổng hợp hệ điều khiển
65
3.3. Mô phỏng hệ truyền động bàn máy EDM khi sử dụng bộ điều khiển PD

71
3.3.1. Tính toán các thông số hệ truyền động
71
3.3.2. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bàn máy gia công tia lửa điện sử
dụng bộ điều khiển PD
CHƢƠNG 4
NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY GIA
CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC
71
4.1. Tính phi tuyế n của bộ điều khiển vị trí
74
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4.2. Ứng dụng bộ điều khiển mờ trong mạch vòng vị trí
76
4.2.1. Đặt vấn đề
76
4.2.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh mờ PD
77
4.2.3. Sơ đồ mô phỏng
82
4.3 Mô phỏng hệ thống
83
4.3.1. Mô phỏng hệ thống truyền động với tín hiệu đặt là hàm step 1(t)
83
4.3.2. Mô phỏng hệ thống truyền động với tín hiệu đặt là hàm hình sin
85
4.3.3. Nhận xét, so sánh kết quả mô phỏng
86
Kết luận và kiến nghị

88
Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT


NC Numberical Control
CNC Computer Numberical Control
CAD Computer Aided Design
CAM Computer Aided Manufacturing
AC Altemating Current
DC Direct Current
EDM Electrocdischarge machining
MCU Machine Control Unit
CPU Central processing Unit
DAC Digital Analog Convert
PM Permanent Motor
VR Variable – Reluctance steper motor
PWM Pulse Width Modulation
PID Proportional Intergal Derivative

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỞ ĐẦU
Sự phát triển của khoa học công nghệ đã đem đến những tăng trưởng bền
vững cho các nước công nghiệp, đặc biệt nhờ giá trị gia tăng của “ chất xám’’
được áp dụng vào các sản phẩm công nghệ cao. Các sản phẩm này có mặt trong
hầu hết các ngành kinh tế quốc dân như sinh học, y học, hàng không vũ trụ, công
nghiệp… Nước ta đang trong quá trình CNH – HĐH và hội nhập kinh tế quốc tế
nên các sản phẩm này phải chịu áp lực cạnh tranh rất lớn với các sản phẩm của các
nước công nghiệp phát triển với đặc điểm mẫu mã đẹp, chất lượng tốt, giá thành
hạ. Ngày nay trong sản xuất và đời sống xuất hiện ngày càng nhiều các sản phẩm
hoặc chi tiết có hình dáng phức tạp hoặc được làm từ các vật liệu cứng rất khó gia
công cắt gọt. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển các phương pháp công nghệ mới,
trong đó có gia công tia lửa điện. Phương pháp này còn gọi là gia công EDM (
Electrical Discharge Machining ). Máy gia công tia lửa điện là một máy gia công
mới xuất hiện nhiều ở nước ta, tuy nhiên việc đào tạo về công nghệ này chưa được
quan tâm ở các trường Đại học kỹ thuật và các Viện nghiên cứu. Trong việc tự
động hoá các dây chuyền sản xuất, điều chỉnh tự động truyền động điện giữ vai trò
vị trí rất quan trọng đặc biệt là đòi hỏi các máy sản xuất phải lớn, tính năng làm
việc cao. Trong máy gia công tia lửa điện CNC phần công nghệ và hệ truyền động
cần được nghiên cứu, khảo sát và hoàn thiện dần, một phần là để phục vụ công tác
nghiên cứu, một phần là để ứng dụng vào trong sản xuất. Vì vậy việc nghiên cứu
hệ truyền động bàn máy gia công tia lửa điện CNC là rất cần thiết.

Trong cá c nhà má y xí nghiệ p công nghiệ p ở nướ c ta hiệ n nay má y công cụ
điề u khiể n số CNC ngà y cà ng đượ c sử dụ ng rộ ng rã i . Việ c phá t huy hiệ u quả sử
dụng, bảo dưng vận hành máy là vấ n đề đặ c biệ t quan tâm củ a chú ng ta . Muố n
phát huy được hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như việc cải tiến nó cho phù
hợ p vớ i điề u kiệ n môi trườ ng và con ngườ i Việ t Nam đò i hỏ i phả i có sự hiể u biế t
sâu sắ c về má y công cụ CNC trong đó có máy gia công tia lửa điện CNC .
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Việ c “Nghiên cứu, nâng cao chất lƣợng truyền động bàn máy gia
công tia lửa điện CNC” có mộ t ý nghĩ a rấ t lớ n trong ngà nh tự độ ng hó a . Đó
chính là nội dung đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của tôi.
Luận văn này được chia thành 4 chương sau:
Chương 1 - Tổng quan về máy gia công tia lửa điện CNC.
Chương 2 - Phân tích và chọn phương án truyền động bàn.
Chương 3 - Phân tích và tổng hợp hệ truyền động bàn.
Chương 4 - Nâng cao chất lượng hệ thống truyền động bàn máy gia
công tia lửa điện CNC.
Tôi xin bà y tỏ lò ng biế t ơn chân thà nh tớ i PGS .TS Võ Quang Lạ p đã hướ ng
dẫ n tậ n tình, chỉ bảo cặn k để tôi hoàn thành luận văn này . Xin gử i lờ i cả m ơn tớ i
các thầy các cô Khoa sau đại học , Khoa điện và Khoa điện tử viễn thông Trườ ng
ĐHKT Công nghiệ p Thá i Nguyên.





Thái nguyên Ngày 30 tháng 07 năm 2010
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Mai
- 1-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CNC
( Electrical Discharge Machining – EDM)
1.1. Lý thuyết gia công tia lửa điện CNC
1.1.1. Lịch sử phát triển của máy gia công tia lửa điện CNC
Trong nửa thế kỷ qua, nhu cầu về các vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng sử
dụng cho tuabin máy bay, dụng cụ khuôn mẫu tăng lên không ngừng ở các nước
phát triển. Việc gia công các vật liệu đó bằng công nghệ cắt gọt thông thường
(Tiện, Phay, Mài ) là vô cùng khó, đôi khi không thể thực hiện được.
Cách đây gần 200 năm, nhà nghiên cứu tự nhiên người anh Jo Seph Príetley
(1733- 1809), trong các thí nghiệm của mình đã nhận thấy có một hiệu quả ăn mòn
vật liệu gây ra bởi sự phóng điện. Nhưng mãi đến năm 1943, thông qua hàng loạt
các nghiên cứu về tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai vợ chồng Lazarenko
người nga mới tìm ra công nghệ gia công tia lửa điện. Họ bắt đầu sử dụng tia lửa
điện để làm một quá trình hớt kim loại mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật
liệu đó.
Các máy đầu tiên của thời kỳ những năm 50 – 60 của thế kỷ 20 ít tự động hoá
và không tiện dùng lắm.
Ngày nay với các thuật toán điều khiển mới, với các hệ thống điều khiển CNC
cho phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao mà không cần đến sự tham ra
trực tiếp của con người. Các máy gia công tia lửa điện ngày nay được đặc trưng bởi
các mức độ tự động hoá cao.
Các hệ thống điều khiển CNC trên thị trường đã có tiến bộ rất nhiều đặc biệt
là máy cắt dây.

Các hệ điều khiển CNC trong nhiều năm qua đã có mặt ở các máy xung định
hình, nhưng đã mất rất nhiều thời gian để có thể tận dụng được mọi khả năng của
chúng. Các chuyển động hành tinh và chuyển động theo côngtua của một điện cực
có hình dáng đơn giản cho phép gia công xung định hình các hình dáng đơn giản
và các hình dáng phức tạp. Ưu điểm của phương pháp này là ở chỗ việc chế tạo
- 2-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

điện cực s rẻ hơn và nếu sử dụng được điện cực quay thì điều kiện dòng chảy s
tốt hơn và điện cực ăn mòn s tốt hơn.
1.1.2. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện
Khi các tia lửa điện được phát ra, vật liệu mặt bôi trơn s hớt đi bởi một quá
trình điện - nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại, nó thay cho tác
động kim loại của dụng cụ vào phôi. Quá trình hớt kim loại bằng điện nhiệt bởi sự
phóng điện được gọi là “Gia công tia lửa điện “ ( Nguyên gốc tiếng anh là “
Electrical Discharge Machining.”, gọi tắt là gia công EDM).

Hình 1.1. Nguyên lý gia công tia lửa điện

Đặt một điện áp một chiều giữa 2 tấm kim loại khác nhau, một được gọi là
điện cực và một gọi là chi tiết. Điện áp này thường nằm trong khoảng 80V đến
200V. Cả 2 tấm kim loại này được nhúng ngập trong 1 dung dịch cách điện đặc biệt
- gọi là dung dịch điện môi. Khi đưa 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng
cách  đủ nhỏ thì xảy ra sự phóng tia lửa điện. Điều này có thể giải thích là do điện
trường giữa khe hở đủ lớn (đạt khoảng 10
4
V/mm) dẫn đến việc iôn hoá dung dịch
điện môi và nó trở thành dẫn điện. Khi năng lượng tập trung đủ lớn, một dòng điện
hình thành do sự chuyển dịch của các ion và điện tử trong dung dịch điện môi - gọi
là kênh dẫn điện - kèm theo sự xuất hiện của tia lửa điện do hiện tượng ion hoá

mãnh liệt dung dịch điện môi. Nhiệt độ ở vùng này lên đến khoảng 10000
0
C làm
bốc hơi vật liệu các điện cực. Nguồn điện được ngắt đột ngột làm cho tia lửa điện
- 3-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

biến mất. Dung dịch lạnh từ ngoài tràn vào kênh dẫn điện do sự chênh lệch áp suất
tạo ra tiếng nổ nhỏ và làm hoá rắn hơi vật liệu thành các hạt ô-xít kim loại. Sau đó,
nguồn điện được cung cấp lại và tia lửa điện lại xuất hiện.
Có thể thấy những điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện là
nguồn cung cấp, vật liệu của các điện cực, dung dịch điện môi và khe hở giữa các
điện cực.
Nguồn cung cấp điện áp dạng xung: thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời
gian cần thiết để dung dịch điện môi có thể khôi phục lại trạng thái không dẫn điện
của nó và sẵn sàng cho xung gia công tiếp theo. Nếu thời gian này không có hay
nhỏ quá s làm dung dịch điện môi luôn ở trạng thái dẫn điện. Điều này làm cho tia
lửa điện phát triển thành hồ quang gây hỏng bề mặt chi tiết và điện cực.
Các điện cực làm bằng 2 loại vật liệu dẫn điện khác nhau và được nhúng
ngập trong dung dịch điện môi: dung dịch này không dẫn điện ở trạng thái bình
thường nhưng có chức năng chính là môi trường hình thành kênh dẫn điện ở điện
trường cao.
Giữa các điện cực luôn có 1 khe hở nhỏ được gọi là kênh phóng điện. Khe
hở này cần được đảm bảo trong suốt quá trình gia công để duy trì sự ổn định của tia
lửa điện.
1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá
Để có thể đánh giá được quá trình gia công EDM, các nhà nghiên cứu về gia
công EDM đã đưa ra một số các chỉ tiêu. Các chỉ tiêu này không những được áp
dụng trong thiết kế và tính toán thông thường mà còn được các bộ điều khiển CNC
dùng làm tiêu chí để điều khiển tự động quá trình gia công EDM. Các ký hiệu và ý

nghĩa các thông số công nghệ được trình bày ở mục 1.1.4.
1.1.3.1. Năng suất gia công (mm
3
/phút hay g/phút)
Năng suất gia công là lượng hớt vật liệu chi tiết trong 1 khoảng thời gian
(tính bằng phút hoặc giờ). Năng suất tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và khoảng
thời gian gia công có ích (thời gian giai đoạn 2).
- 4-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Thực tế, một đại lượng khác tương tự năng suất thường được dùng trong quá
trình điều khiển là hiệu suất gia công . Hiệu suất gia công được tính theo công thức
sau:
 =



N
k
k
i
k
e
tt
t
1
)(
0
)(
)(

(1.1)
N là số chu kỳ lấy mẫu. Mỗi chu kỳ gia công được tính trong khoảng thời
gian (t
i
+t
o
) (μs).
Theo công thức trên, hiệu suất được tính cho một quá trình gia công hay một
khoảng thời gian xác định. Thông thường, các hệ điều khiển hiện đại như AGIE,
Charmill, Mitsubishi lấy N=1000.
1.1.3.2. Lƣợng mòn của điện cực Ve (g)
Khi gia công, bên cạnh vật liệu chi tiết bị mòn thì điện cực cũng bị mòn theo.
Độ mòn này s ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước và hình dáng của chi tiết sau khi
gia công. Một đại lượng khác cũng hay được dùng là độ mòn tương đối V:

100
w
e
V
V
V 
(%) (1.2)
với V
w
là lượng mòn của chi tiết (g) sau khi gia công. Các phương pháp điều
khiển thường có mục đích là làm giảm V
e
và tăng V
w
hay nói cách khác là giảm V.

1.1.3.3. Chất lƣợng chi tiết gia công
Chất lượng bao gồm độ chính xác hình dạng hình học, độ chính xác kích
thước, độ nhám bề mặt và chất lượng lớp bề mặt sau khi gia công (ứng suất dư tồn
tại ở lớp bề mặt, độ dày lớp vật liệu bị hư hại, độ cứng ). Chỉ tiêu này thường được
dùng nhất để giải bài toán tối ưu vì có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng các chi
tiết sau khi gia công EDM.
1.2. Giới thiệu tổng quan máy EDM
1.2.1. Giới thiệu sơ đồ



- 5-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





1.2.2. Các khâu quan trọng trong sơ đồ
1.2.2.1. Máy phát xung
Máy phát cung cấp điện áp và cường độ dòng điện cần thiết cho quá trình gia
công tia lửa điện. Máy phát được đặt trong khoang điều khiển. Nó được nối với một
máy phát xung bấm giờ, một bộ bật tắt dòng điện tử và một máy giới hạn dòng điện
theo sơ đồ hình 1.3.
Nguồn điện áp s cung cấp điện áp ban đầu được yêu cầu cho gia công xung
định hình. Một cực của nguồn điện áp được nối trực tiếp vào phôi, cực kia được nối
vào điện qua một máy ngắt dòng điện và một máy hạn chế dòng.
Máy phát xung bấm giờ dùng để ngắt dòng điện tử. Xung bấm giờ một đặc
trưng của máy gia công tia lửa điện.

Hình 1.2. Sơ đồ máy xung định hình
- 6-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Máy giới hạn dòng điện đảm bảo rằng dòng điện được sử dụng cho gia công
tia lửa điện không vượt qua các hạn được quy định trong chương trình gia công và
được cung cấp bởi hệ thống điều khiển.
1.2.2.2. Các chuyển động chủ yếu
a. Điện cực: Đóng vai trò là một con dao cắt gọt kim loại giống như các máy gia
công khác, nhưng khác là dùng tia lửa điện. Các yêu cầu về chỉ tiêu đánh giá đã
được trình bày ở phần trên.
b. Chuyển động ăn dao: Có 3 chuyển động
Tất cả các bàn trượt theo phương X,Y,Z của máy xung định hình CNC đều
được trang bị động cơ riêng nhằm mục đích truyền chuyển động quay có điều khiển
cho bộ truyền vit me – bi làm dịch chuyển bàn trượt. Chúng có thể đồng thời dịch
chuyển theo lệnh điều khiển để xác định vị trí định vị trên cực hoặc để chạy dao gia
công.
Các chuyển động trên được điều khiển theo vị trí hay còn gọi là hệ điều
khiển điểm điểm (point to point). Chức năng chính của hệ điều khiển theo vị trí là
chuyển động nhanh dụng cụ từ điểm này đến điểm khác đã được định trước với độ
chính xác vị trí cao.
Quá trình điều khiển của hệ điều khiển vị trí tiến hành theo 4 bước:
* Bước 1: Dụng cụ chuyển động nhanh đến vị trí cần gia công
Hình 1.3. Sơ đồ khối máy phát xung
- 7-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

* Bước 2: Thực hiện gia công, thông thường dụng cụ chuyển động theo
trục Z hay còn gọi là chuyển động chạy dao đứng.
* Bước 3: Thực hiện chạy dao dọc theo trục Z thoát khỏi vùng gia công sau
khi gia công xong.
* Bước 4: Chuyển động nhanh dụng cụ tới vị trí gia công tiếp theo.






Để thực hiện chuyển động chạy dụng cụ từ điểm vừa gia công xong đến điểm
gia công tiếp theo người ta có thể thực hiện theo các cách sau:
+ Chuyển động điểm:
Giả sử cần chuyển động dụng cụ từ điểm ban đầu A(x
A,
y
A
) đến điểm B(x
B,
y
B
)
nằm trong góc phần tư thứ nhất. Theo cách chuyển động dụng cụ song song với trục
có thể thực hiện theo hai trình tự:
- Chuyển động dụng cụ song song với trục Y sau đó chuyển động dụng cụ song
song với trục X.
- Hoặc chuyển động dụng cụ song song với trục X tiếp theo chuyển động dụng
cụ song song với Y.

Hình 1.4. Điều khiển vị trí
1
2
3
4
A
B
Y
X
0
y
A
y
B
x
A
x
B
§-êng chuyÓn
®éng dông cô
A
B
Y
X

0
y
A
y
B
x
A
x
B
§-êng chuyÓn
®éng dông cô
Hình 1.5a. Chuyển động song song
- 8-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Cách chuyển động dụng cụ lần lượt song song với các trục là cách mà thời gian
cần thiết chuyển động dụng cụ từ điểm gia công này đến điểm gia công tiếp theo là
chậm nhất. Nhưng nó có ưu điểm là hệ điều khiển đơn giản, dễ dàng trong điều
khiển và đặc biệt là giá thành thấp.
+ Chuyển động nghiêng góc 45
o

Chuyển động dụng cụ nghiêng góc 45
o
được điều khiển theo trình tự , ban đầu
dụng cụ từ điểm A(x
A,
y
A
) chuyển động đến điểm K là tổ hợp từ hai chuyển động

thẳng thành phần song song với hai trục máy X và Y với cùng tốc độ vì vậy đường
chạy dao là đường nghiêng một góc 45
0
. Chuyển động dụng cụ thực hiện cho đến
khi một trong hai gia số X hoặc Y bằng không.










+ Chuyển động theo đường thẳng
Kiểu điều khiển chuyển động dụng cụ theo đường thẳng là hệ điều khiển thực
hiện đồng bộ cả hai trục chuyển động X và trục Y sao cho dụng cụ chuyển động
theo đường thẳng nối giữa hai điểm A(x
A,
y
A
) và B(x
B,
y
B
). Tốc độ chuyển động của
trục X và trục Y là khác nhau. Thời gian cần thiết chuyển động từ điểm A đến điểm
B kiểu dẫn động dụng cụ theo đường thẳng là nhỏ nhất so với hai kiểu chuyển động
ở trên. Để thực hiện chuyển động đồng thời hai trục có tốc độ khác nhau, hệ thống

điều khiển thường rất phức tạp chính vì vậy mà giá thành của hệ thống này cao hơn
rất nhiều so với hai hệ điều khiển đã nêu ở trên.
A
B
Y
X
0
y
A
y
B
x
A
x
B
§-êng chuyÓn
®éng dông cô
A
B
Y
X
0
y
A
y
B
x
A
x
B

§-êng chuyÓn
®éng dông cô
K
Y
K
x
K
45
0
Hình 1.5b. Chuyển động nghiêng góc 45
0
- 9-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

+ Các yêu cầu của các chuyển động
Để giảm thời gian chạy không trong quá trình chuyển động dụng cụ tới vị trí gia
công tiếp theo, tốc độ chuyển động dụng cụ cần phải đạt được tốc độ lớn nhất cho
phép. Do chuyển động của cơ cấu mang dụng cụ tốc độ cao, quán tính chuyển động
của cơ cấu rất lớn, vì vậy vấn đề dừng vị trí chính xác dụng cụ với thời gian dừng là
nhỏ nhất là vấn đề đặt ra cho những người thiết kế hệ thống điều khiển vị trí. Để
giảm lực quán tính của cơ cấu chấp hành khi chuyển nhanh từ vị trí gia công này tới
vị trí gia công tiếp theo bằng cách giảm dần tốc độ trước điểm dừng. Có hai phương
pháp thực hiện việc giảm tốc trong máy CNC: giảm tốc độ chuyển động theo cấp
(số cấp tốc độ phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và khối lượng chuyển động), giảm
tốc độ vô cấp.
1.2.2.3. Hệ điều khiển máy EDM
Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển máy EDM bao gồm các cụm:
Cụm điều khiển máy(Machine Control Unit - MCU), cụm điều khiển động cơ servo
(Servo driver), cụm động cơ servo, cụm phản hồi tốc độ(Velocity feedback), cụm
phản hồi vị trí(Position feedback).

Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển máy EDM được trình bày như hình 1.6.
Cụm điều khiển máy đóng vai trò điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống ,
nó làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống , nhận lệ nh điều khiển
tính toán nội suy để đưa ra các thuật toán số học , logic theo trì nh tự xác định . Từ
công nghệ gia công do người lập trì nh nạp vào MCU , nhờ hệ thống phần mền MCU
s đưa ra tín hiệu từ cụm phản hồi vị trí để liên tục điều chỉnh các sai lệ ch vị trí
trong quá trình làm việc . Sai lệ ch tốc độ của động cơ servo s được cụm phản hồi
tốc độ phát hiện và đưa tới cụm điều khiển servo để hiệu chỉnh.
* Chức năng của cụm điều khiển
Cụm điều khiển máy được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số. Nó
có nhiệm vụ liên kết tất cả các chức năng để điều khiển máy. Các chức năng bao
gồm: Vào, ra số liệu xử lý các số liệu và ghép nối máy với các thiết bị ngoại vi.

- 10-
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

+ S liu vo (data input)
Chc nng ny bao gm: Chc nng vo v lu tr s liu. ú l s liu mụ
t ng chuyn ng ca dng c v iu kin gia cụng sn phm.
+ X ly s liu (data processing)
Cu trỳc chng tri nh iu khin c a vo cm MCU v c nú ma
húa thnh s nh phõn sau sú lu tr vo cm nh m . Cỏc s liu ny c b x
lý trung tõm (central processing unit - CPU) tớnh toỏn xỏc nh v trớ, lng chy
Bàn máy
MC
U
Servo driver
Servo motor
Velocity
feedback
(Encoder,
resolver)
Position feedback
(Encoder,
inductosyn)
Hình 1.6. Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển máy EDM
- 11-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

dao, hiệu chỉnh chiều dài (Tool length ofset) và đường kính dụng cụ (Tool diameter
offset). Cũng như các số liệu rời rạc như yêu cầu điều khiển đóng ngắt hệ thống bôi
trơn, làm mát chi tiết và các thiết bị điều khiển cổng (I/0) đảm bảo trình tự truyề n
tín hiệu giữa máy công cụ, PLC và hệ điều khiển CNC.
+ Số liệu ra (data output)
Số liệu đưa ra của MCU là tín hiệu vị trí và lượng chạy dao. Các tín hiệu này
được đưa tới mạch điều khiển servo để sinh ra tín hiệu điều khiển động cơ. Trong
cụm dẫn động, động cơ luôn có mạch khuyếch đại bởi vì tín hiệu trước khi đưa vào
cụm dẫn động rất nhỏ không đủ công suất để động cơ làm việc.
+ Ghép nối vào/ra (machine I/0 interface)
Các tín hiệu rời rạc yêu cầu từ số liệu vào như chiều quay trục chính, đóng
mở động cơ làm mát, bôi trơn, dừng khẩn cấp, dừng chu trì nh và các tín hiệu khác
từ máy công cụ gửi tới hệ điều khiển CNC.
* Phần cứng cụm điều khiển
Phần cứng của cụm MCU gồm 6 thành phần cơ bản : vi xử lý trung tâm , bộ
nhớ, điều khiển servo, thiết bị lôgic điều khiển trì nh tự và mạch ghép nối. Các thành
phần liên hệ với CPU thông qua BUS. Thành phần trong MCU chỉ ra trên hình 1.7.








+ Bộ xử lý trung tâm (CPU)
Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit- CPU) là một máy tính nhỏ
hoặc thành phần chính của một máy tính nào đó . Số lượng cấu trúc cơ bản của máy
tính có thể thực hiện được là nhờ mối liên hệ trực tiếp rất tinh vi của các mạch logic
ROM, RAM

Ghép nố i
Hệ thống
BUS
Điều khiển
servo
Điều khiển
lập trì nh
PLC
CPU
Hình 1.7. Thành phần cơ bản của MCU
- 12-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

trong CPU. Nhờ chương trì nh nguồn ghi trong bộ nhớ để hì nh thành thuật toán trên
cơ sở dữ liệu đưa vào cho phù hợp với chương trì nh điều khiển và điều khiển các
thiết bị trong và ngoài CPU thông qua BUS. Cấu trúc CPU gồm 3 phần tử cơ bản:
Phần tử điều khiển, phần tử logic số học, bộ nhớ truy nhập nhanh.
- Phần tử điều khiển
Phần tử điều khiển (Control section) làm nhiệm vụ điều khiển tất cả các phần
tử của nó và các phần tử khác của CPU. Xung nhịp từ đồng hồ đưa vào điều khiển
đồng bộ hoạt động của các phần tử. Phần tử điều khiển chuyển đổi thông tin giữa nó
với các phần tử khác thông qua BUS. Đồng thời nó cũng có nhiệm vụ sinh ra tín
hiệu yêu cầu thông tin từ các phần tử khác . Tổ chức cấu trúc được lưu trữ trong bộ
nhớ của máy tính được xem như một chương trì nh và chương trì nh có thể thay đổi
được bằng cách thay đổi thứ tự các thông tin số đã lưu trữ trong bộ nhớ. Chính nhờ
khả năng quan trọng này của CPU đã làm cho MCU trở nên linh hoạt hơn .
Số liệu qua cổng vào /ra được đưa vào bộ nhớ truy nhập nhanh , phần tử điều
khiển gọi chương trì nh điều khiển lưu trữ trong ROM hoặc RAM của bộ nhớ chính
gửi tới và gửi tín hiệu đến các cụm trong hệ thống để thực hiện các cấu trúc yêu
cầu. Trong phần tử điều khiển có mạch giải mã lệnh (Unit cotrol). Mạch này giải

mã các thông tin đọc từ bộ nhớ truy nhập nhanh và đưa các thông tin sau khi xử lý
tới mạch tạo xung điều khiển. Các dã y xung điều khiển khác nhau s điều khiển các
bộ phận khác nhau hoạt động phù hợp với yêu cầu.
- Phần tử số học (Arithmetic and logic unit - AUL)
Với nhiệm vụ hình thành các thuật toán mong muốn trên cơ sở dữ liệu đưa
vào. Kiểu thuật toán số học là cộng , trừ, nhân, chia, cộng logic và các chức năng
khác theo yêu cầu của chương trì nh . Khối logic số thực hiện các phép so sánh, phân
nhánh, lựa chọn, lặp, phân vùng bộ nhớ.
Liên kết với ALU là một thanh ghi lưu trữ các số liệu trong quá trình tín h
toán. Thanh ghi lưu trữ số liệu này gần giống với vùng lưu trữ đặc biệt trong bộ nhớ
nhưng khác là các thanh ghi là các thanh ghi TTL tốc độ cao.
- Bộ nhớ truy cập nhanh
- 13-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Bộ nhớ truy cập nhanh (Immediate access memory) là bộ nhớ trong của CPU
dùng để lưu trữ tạm thời các số liệu đang được các phần tử số học xử lý hoặc
chương trì nh điều khiển từ ROM, RAM gửi tới.
+ Bộ nhớ
Bộ nhớ trong CPU thường có dung lượng nhỏ và chỉ lưu trữ số liệu tạm thời
vì vậy trong CNC cần có bộ nhớ dung lượng lớn để lưu giữ chương trì nh ứng dụng
hay cò n gọi là chương trì nh NC, chương trì nh điều khiển, chương trì nh ghép nối với
các số liệu đã được xử lý . Bên trong máy tính của CNC thường có hai loại bộ nhớ:
Bộ nhớ có sẵn (ROM, RAM) và bộ nhớ mở rộng (ổ cứng, ổ mềm, card nhớ, CD
room).
* Phần mềm CNC
Chương trì nh bên trong hệ điều khiển CNC có ba loại : Chương trì nh điều
hành, chương trì nh điều khiển trì nh tự và chương trì nh công nghệ.
+ Phần mềm điều hành
Phần mềm điều hành là chương trì nh điều hành máy , thực hiện các chức

năng NC . Chương trì nh điều hành được sản xuất lập trì nh sẵn và được nạp vào
ROM của máy. Chức năng chính của chương trì nh điều hành là chấp nhận chương
trình ứng dụng như là tín hiệu vào và sinh ra tín hiệu điều khiển dẫn động động cơ.
+ Phần mềm điều khiển trình tự
Điều khiển trì nh tự cho các máy CNC người ta thường dùng các bộ điều
khiển logic lập trì nh PLC. Phần mềm điều khiển trình tự là phần mềm lập trình điều
khiển cho PLC. PLC s truyền thông với CPU của MCU. Chương trì nh từ MCU gửi
tới PLC là chương trì nh NC cò n dữ liệu PLC gửi tới MCU là lệnh bắt đầu chu trì nh ,
dừng khẩn cấp, giữ tốc độ, lệnh thay dao cụ, lệnh đóng mở hệ thống bôi trơn làm
mát và một vài lệnh rời rạc khác.
+ Phần mềm ứng dụng
Chương trì nh ứng dụng cò n gọi l à chương trì nh NC . Chương trì nh cho phép
mô tả đường chuyển động của dụng cụ trong quá trình gia công , kiểu chuyển động:
chạy nhanh, nội suy thẳng , nội suy vò ng , điều kiện cắt, tốc độ trục chính , lượng ăn
- 14-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

dao, chiều sâu cắt. Chương trì nh ứng dụng có t hể viết bằng hai cách : Chương trì nh
mã G và chương trình tham số.
- Chương trì nh mã G
Lập trì nh theo chương trì nh mã G là sử dụng các mã lệnh G , S, F và các lệnh
khác để hình thành chương trì nh gia công . Chương trì nh được viết theo khối , trong
một khối nhiều từ (word).
- Chương trì nh tham số
Sử dụng mã G lập trình gia công một bề mặt phức tạp và có chương trình lặp
bằng các chương trì nh con đơn giản gặp nhiều khó khăn , bởi vì cần phải xác định
nhiều thông số cần thiết khi lập trì nh . Do vậy chương trình gia công dài mắc nhiều
lỗi và độ chính xác thấp . Vì vậy với những gia công bề mặt phức tạp chương trình
viết theo tham số s dễ dàng hơn chương trì nh viết bằng mã G . Lập trì nh tham số
cho phép thực hiện các phép tính số học, logic, phép lặp và nhiều tiện ích khác.

Ngoài hai chương trì nh bằng tay trên hiện nay với sự trợ giúp bằng máy tính
người ta đã lập được chương trì nh hỗ trợ cho phép người vận hành có thể lập trì nh
trực tiếp bằng đồ họa trên máy và máy tự động tính toán để đưa ra chương trì nh
công nghệ điều khiển chạy dao.
1.3. Hệ thống đo lƣờng trong máy EDM
Mỗi trục chuyển động được điều chỉnh của một máy EDM bao giờ cũng có
hai thiết bị đo lường, đó là thiết bị đo tốc độ quay của động cơ và thiết bị đo vị trí
của sự dịch chuyển.
Để đo tốc độ quay và vị trí người ta dùng những cảm biến vị trí và tốc độ
1.3.1. Cảm biến vị trí, tốc độ
Để đo tốc độ rôto ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:
- Sử dụng máy phát tốc.
- Sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hoá.
- Sử dụng máy đo góc tuyệt đối.
- Xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato mà không
cần dùng bộ cảm biến tốc độ.
- 15-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trong thực tế, chúng ta thường dùng bộ cảm biến quang với đĩa mã hoá được
tích hợp trong Ecoder.




Hình 1.8 là sơ đồ sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ. Đĩa mã hoá gắn trên
trục động cơ gồm các lỗ, trên hình 1.8a có 8 lỗ. Đặt đĩa mã hoá giữa nguồn tia hồng
ngoại do điôt phát quang LED cung cấp và đầu thu là transistor quang. Khi đĩa quay
transistor quang s chỉ chuyển mạch nếu vị trí LED, lỗ, transistor quang thẳng hàng.
Khi đó transistor quang đưa điện áp trên R

2
về mức thấp. Khi đĩa ngăn ánh sáng thì
transistor quang bị khoá, kết quả là điện áp trên R
2
về mức cao.
Hình 1.8. Bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hoá.
Hình 1.8a. Sơ đồ cảm biến quang tốc độ; Hình 1.8b. Sơ đồ nguyên lý
tranzitor quang.