Đề tài Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC

ng số điều khiển. Và nhờ có sự giám sát vị trí chạy dao tức thời mà có thể so sánh các giá trị về vị trí cần và thực, nhờ các hệ thống đo này mà có thể nhận biết được các sai lệch gia chúng mà điều chỉnh cho cân bằng. II. TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH VÀ CÁC DẠNG TRUYỀN ĐỘNG. 1.Truyền động điều chỉnh. Trong máy công cụ điều khiển theo chương trình số, thì sự chuyển động của dao đã được số hóa qua các thiết bị truyền động dao, nhưng để đạt được độ chính xác như mong muốn thì trong hệ thống của máy điều khiển số vẫn cần phải hiệu chỉnh chuyển động nhờ một bộ truyền động điều chỉnh. Truyền động điều chỉnh của một máy công cụ tự động là phải tạo điều kiện cho bàn máy chạy dao thực hiện theo một chương trình làm việc cho trước. Do đó truyền động hiệu chỉnh cần phải thực hiện các chức năng sau: - Đi tới một vị trí với một độ chính xác cao. - Đi tới một vị trí xác định với một tốc độ cao nhất có thể nhằm loại bỏ bớt một số thời gian phụ. Ngoài ra đối với điều khiển chép hình và điều khiển phi tuyến do tính chất đường là phức tạp, tồn tại nhiều đường cong bậc cao và để gia công những mặt bậc cao này đòi hỏi phải thông qua việc điều chỉnh tốc độ. Chính vì thế nếu thực hiện được các nhiệm vụ trên thì không phải các khâu truyền động đều có cùng một mức độ như nhau mà là kết hợp từ nhiều dạng. Từ kết cấu ta có thể chia truyền động điều chỉnh thành các dạng truyền động sau: Truyền động điều chỉnh điện - cơ phân cấp. Truyền động điều chỉnh điện vô cấp. Truyền động bước. 2. Các dạng truyền động. 2.1 Truyền động điều chỉnh phân cấp. Trong hệ thống truyền động thì truyền động điều chỉnh phân cấp được dùng thực hiện nhiệm vụ điều khiển điểm và điều khiển đường, nó gắn liền với một mạch công tắc. Tín hiệu đóng/ ngắt trong điều khiển bằng công tắc hành trình là do các vấu tỳ, còn trong điều khiển CNC là do bộ so sánh phát ra, với mạch công tắc này ta có thể đạt được độ chính xác và định vị mong muốn nếu tốc độ đi tới điểm định vị đó một cách hợp lý tức là không được lớn hơn tốc độ cho phép. Để rút ngắn thời gian đi tới điểm định vị, trong máy công cụ điều khiển số thì quá trình đi tới được thực hiện qua nhiều cấp độ. Với các máy công cụ thông thường từ trước đến nay vẫn thực hiện chuyển động chạy dao bằng các cặp bánh răng có ly hợp đóng ngắt, kết cấu của chúng vẫn được sử dụng đối với các loại máy tự động hóa, nếu như cặp bánh răng này được điều khiển từ xa thông qua các bộ li hợp điện tử, thủy lực hoặc khí nén. Phạm vi điều chỉnh của một hệ thống truyền động như vậy được xác định theo độ lớn của tốc độ chạy dao nhanh và yêu cầu tốc độ chạy dao chậm cần thiết. Hành trình chạy dao nhanh nhằm giảm bớt thời gian phụ có thể với đoạn dịch chuyển lớn (quá trình cần tới của dao là dài) thì cần có tốc độ nhanh nhất có thể được (25 m/phút). Hành trình chạy chậm cần cho quá trình định vị được chính xác hơn, nhằm đảm bảo tối đa quá trình chạy quán tính. Nó được tính toán theo độ chính xác yêu cầu và tùy theo đặc tính của từng máy (3mm/phút). Điều đó tương đương với một tỷ số khác biệt của tốc độ chạy dao tới khoảng 8500:1. Giữa khoảng đó là tốc độ chạy dao cần thiết của một hệ điều khiển đường. Tuy nhiên phạm vị điều chỉnh thờng không vượt quá 160:1. Với hệ điều khiển điểm, cũng có đủ hành trình chạy dao nhanh và chạy dao chậm. Tuy nhiên, hành trình chạy dao nhanh cần được ngắt trước khi đến vị trí Cần. Nếu hành trình chạy dao nhanh mãi cho đến rất gần vị trí cần mới được ngắt và hãm lại rồi mới chuyển sang hành trình chạy dao chậm, như thê sẽ có nguy cơ vượt quá giá trị Cần do gây ra sự chạy quán tính của quá trình ngắt và phanh hãm. Ví dụ: nếu một dụng cụ ngắt mạch thực hiện đóng ngắt đa ra với mức phân tán 10 m/s và trong hành trình chạy dao 5 m/phút, thì khả năng vượt qúa giá trị Cần có thể vượt tới 0,8 mm, ngoài ra còn có sự phân tán về thời gian tác động của bộ phanh, cũng như các thời điểm phanh khác nhau trên đường dịch chuyển và trên các yếu tố truyền động của máy. Để có được một quá trình đi tới vị trí Cần một cách tối ưu nhất khi dùng truyền động điều khiển phân cấp phải có mạch điều chỉnh, số lượng cấp tốc độ trung gian làm tiêu hao cho kỹ thuật điều khiển, nhằm xác định trước các điểm ngắt trước để có thời gian Hình 28: Quá trình đi tới điểm cần. cách chuyển từ hành trình chạy nhanh sang hành trình chạy chậm một cách hợp lý. Vì thế người ta giới hạn thường chỉ có một hoặc hai cấp trung gian. Quá trình đi tới đối với điều khiển điểm chỉ có một cấp trung gian được trình bày về nguyên tắc trên hình 28. Chạy dao nhanh V1, tốc độ chạy dao trung gian V2 và tốc độ chạy dao chậm V3 lập thành quan hệ: Quan hệ trên sẽ đạt được thời gian định vị ngắn nhất với độ chính xác mong muốn. Ngoài ra người ta cũng đa ra một phương pháp tính chính xác để tối ưu hóa các cấp trung gian nhiều tùy ý, hành trình chạy dao chậm ở đây được lựa chọn sao cho không vượt quá U còn tồn tại nhỏ nhất, có thể nhờ đó đạt được độ chính xác trong định vị cao.Trong điều khiển CNC tốn kém hơn nhằm nâng cao độ chính xác dừng, đoạn dịch chuyển còn được hệ thống đo thu thập số liệu hỗ trợ và được xử lý tính toán khi chạy tới vị trí tiếp theo sau đó. Quá trình phân cấp cũng được ứng dụng trong điều khiển đường vì đặc tính thời gian đã mô tả, trong đó từ một tốc độ chạy dao công tác được ngắt, giảm dần tốc độ bởi một hay nhiều cấp độ trung gian. Trong lúc đi tới một vị trí thì dao cụ vẫn đang cắt gọt, cũng vì thế độ chính xác gia công yêu cầu có một hành trình chạy nhỏ chậm thích hợp. 2.2 Truyền động điều chỉnh vô cấp. 2.2.1 Những ưu điểm của truyền động điều chỉnh vô cấp. Máy công cụ thông thường khi thiết kế để đưa ra một kết cấu máy thích hợp cũng có những yêu cầu về kích thước máy phải nhỏ gọn, ít tốn kém cho chi phí sản xuất và sự sắp xếp hệ thống truyền động được tính toán bố trí sao cho truyền động chính đến các bàn máy là tối ưu nhất. Với những lý do trên ta không thể bố trí mỗi một bàn máy có một hộp truyền động riêng. Ta có thể dẫn truyền động từ trục chính đến các bàn máy thông qua các xích động phân nhánh ngắn, để phù hợp với yêu cầu trên đòi hỏi các bàn máy phải được bố trí gần sát nhau với khả năng cho phép mà máy vẫn đảm bảo những yêu cầu đặt ra. Thế hệ máy công cụ CNC khi thiết kế, chế tạo người ta thực hiện nguyên tắc: mỗi một bàn máy có một nguồn truyền động riêng biệt và được xử lý như một đơn vị tách rời độc lập, các truyền động này nhìn chung đều là điều chỉnh vô cấp. Nó có đồng thời các ưu điểm về thời gian định vị tối ưu và độ chính xác cao, một nguyên nhân bắt buộc khác phải dùng các truyền động độc lập là sự cấu trúc của điều khiển phi tuyến theo chương trình số, mà về nguyên tắc chỉ có thể giải quyết được nhờ các truyền động điều chỉnh vô cấp độc lập trên các trục. Theo nguyên tắc kết cấu để lựa chọn cho kiểu máy điều khiển số, thì đối với điều khiển điểm, đường hoặc điều khiển phi tuyến ngày nay cũng dùng truyền động điều chỉnh độc lập đó là giải pháp thuận tiện nhất và mang lại hiệu quả cao. Ngoài ra trong hệ thống điều chỉnh chép hình hoặc điều khiển thích nghi thì truyền động điều chỉnh độc lập - vô cấp cho mỗi trục là điều kiện không thể thiếu. Cùng với đó là truyền động điều chỉnh có ý nghĩa hết sức to lớn trong công cuộc tự động hóa cho kỹ thuật gia công kim loại. Các nguồn truyền động trong điều khiển vô cấp hiện nay được dùng là: Động cơ điện một chiều, động cơ thủy lực hay xilanh thủy lực, chúng làm việc trong một hệ mạch điều khiển vị trí hay điều chỉnh vòng quay, ngoài ra động cơ bước làm việc cùng với một bộ khuyếch đại mômen thủy lực (van Servo điều khiển và động cơ thủy lực). Bộ khuyếch đại mômen thủy lực làm việc về mặt cấu trúc cũng giống như một mạch điều chỉnh vị trí, trong đó động cơ bước đóng vai trò là một máy phát giá trị Cần. 2.2.2. Điều chỉnh vị trí của dao. Trong điều chỉnh vị trí xảy ra một qúa trình đo vị trí hoặc là đo quãng đường dịch chuyển X của bàn máy thông qua hệ thống đo đường dịch chuyển. Giá trị thực của quãng đường được so sánh với giá trị cần ( đại lượng dẫn W ) đưa ra từ chương trình và từ đó hình thành sai lệch. Độ lớn của sai lệch (sai số điều chỉnh XW) sẽ điều khiển tốc độ của truyền động. Bàn máy sẽ dịch chuyển theo một hướng thích hợp cho tới khi sai lệch bằng “ không”, sau đó bàn máy sẽ dừng lại. Bằng cách đó có thể điều khiển định vị một bàn máy theo chương trình một cách rất chính xác, hoặc theo sát một cách chính xác các biến đổi vị trí đưa ra bởi chương trình. Điều chỉnh vị trí của dao thông qua phương pháp truyền động điều chỉnh, ngoài ra ta có thể áp dụng truyền động bước hoặc nguyên tắc chép hình vào điều chỉnh vị trí dao cụ. Thế hệ máy công cụ điều khiển số ngày nay hầu như chỉ áp dụng chạy dao điều chỉnh vị trí kiểu mạch kín có phản hồi. 2.2.3 Điều chỉnh vị vị trí kiểu mạch kín. Sơ đồ điều chỉnh vị trí cho máy công cụ điều khiển số có hai trục điều khiển được thể hiện trên hình 29, trên mỗi trục điều khiển số cần có một mạch điều chỉnh vị trí. Từ bộ nội suy với mỗi giá trị vị trí Cần là đại lượng được cấp vào mạch điều chỉnh vị trí. Trong bộ điều chỉnh vị trí, giá trị vị trí Thực được nhận biết bởi một hệ thống đo vị trí đem trừ đi giá trị của vị trí Cần, kết quả so sánh cặp vị trí Cần và Thực được gọi là sai lệch điều chỉnh hay còn gọi là khoảng cách theo sau. Sai lệch điều chỉnh cũng đồng thời là đại lượng điều chỉnh cho động cơ dẫn động của hệ thộng chạy dao. Để cải thiện tính động lực học của truyền động chạy dao, ngời ta còn đa vào mạch điều chỉnh vị trí một mạch con điều chỉnh tốc độ và một mạch con điều chỉnh dòng điện cho động cơ (các mạch điều chỉnh thứ cấp). Với giá trị tốc độ chạy dao thực được nhận biết từ số vòng quay của động cơ số vòng quay của động cơ, tỷ lệ với tốc độ chạy dao, và còn được nhận biết nhờ một máy phát tốc ( tachogenerator ), lắp trên trục động cơ. Cũng có thể tìm được giá trị thực của tốc độ chạy dao từ khoảng cách theo thời gian của các máy xung phát ra từ hệ thống đo vị trí. Hình 29: Điều chỉnh vị trí theo hai trục chuyển động . 1. Cảm nhận tốc độ trục Y; 2. Động cơ chạy dao trục Y; 3. Cảm nhậ tốc độ trục X; 4. Cảm nhận tốc độ trục X; 5. Động cơ chạy dao trục X; 6. Cảm nhận vị trí trục X. Hình 29 là sơ đồ khối mô tả một hệ mạch điều chỉnh vị trí CNC kiểu mạch kín, có phản hồi, với các mạch điều chỉnh thứ cấp về tốc độ chạy dao và dòng điện cấp cho động cơ. Mạch điều chỉnh vị trí phải dẫn bàn máy dịch chuyển đến các vị trí thật có sai lệch so với vị trí cần là nhỏ nhất có thể cho phép và khử được ảnh hưởng của các đại lượng nhiễu khác để bảo đảm đạt đợc độ chính xác yêu cầu, để thực hiện được các nhiệm vụ này thì mạch điều chỉnh cần thỏa mãn những điều kiện sau: - Có độ khuyếch đại tốc độ cao để giữ cho khoảng cách theo sau( sai lệch điều chỉnh ) là nhỏ nhất. - Có độ giảm chấn cao, để lọai bỏ sự mất ổn định cũng như hiện tượng dao động tại các vị trí đích. - Bộ truyền động có hằng số thời gian nhỏ. - Momen quán tính khối lượng của các bộ phận truyền động phải có giá trị nhỏ. - Tần số riêng về dao động cơ học cao. - Các chi tiết cơ khí nằm trên dòng truyền lực có độ bền cao. - Các yếu tố truyền động cơ khí có khe hở nhỏ. ở đây độ khuyếch đại kv là tỷ số giữa tốc độ cần của bàn máy điều chỉnh và sai lệch điều chỉnh: Trong đó: : tốc độ cần của bàn máy chạy trên trục X. : sai lệch điều chỉnh trên trục X. Khuyếch đại tốc độ trên tất cả các trục điều khiển phải lớn bằng nhau để loại bỏ hiện tượng biến dạng giật cục. Với một biên dạng điều khiển phi tuyến theo ba trục thì yêu cầu cần phải đảm bảo: Độ giảm chấn D là một số đo liên quan đến thời gian cần thiết để một quá trình dao động tắt hết. Trong hệ điều khiển CNC, độ giảm chấn phải đảm bảo điều kiện , nhờ vậy không xuất hiện những dao động ở tại điểm kết thúc biên dạng (hình 30). Hình 30: Đặc tính dao động trong các mức giảm trấn khác nhau. Nếu trong trường hợp không đảm bảo được điều kiện trên thì những dao động đó sẽ gây nên những sai số không mong muốn trong gia công chẳng hạn sự cắt vào vật liệu ở vị trí dừng của dao. Hằng số thời gian của truyền động T được định nghĩa bởi mỗi quan hệ sau: Trong đó: : mômen quán tính của các bộ phận truyền động tính giới hạn đến trục động cơ. : mômen quán tính của động cơ. : tốc độ tối đa của động cơ. : mômen quay tối đa của động cơ truyền động. 2.3 Truyền động bước. Ta nhận thấy máy công cụ điều khiển số được điều khiển theo hai nguyên tắc định vị sau: - Định vị nhờ đo đoạn dịch chuyển và phản hồi đến động cơ dẫn động thông qua bộ so sánh. - Định vị không đo đoạn dịch chuyển mà trong đó truyền động được điều chỉnh về một giá trị xác định của đoạn dịch chuyển hay góc quay. Những phương pháp định vị trên được giải quyết thông qua truyền động bước. Việc điều chỉnh góc quay được thực hiện nhờ một động cơ bước chạy điện, nó sẽ quay đi tiếp một bước góc xác định khi có một xung điện cấp vào, số lượng xung cấp vào tỷ lệ với đoạn đường dịch chuyển mong muốn. Tỷ số truyền giữa góc quay của động cơ bước và đoạn dịch chuyển bàn máy được lựa chọn sao cho một bước góc của động cơ đẩy bàn máy dịch chuyển được một đơn vị dịch chuyển lập trình nhỏ nhất chẳng hạn (). Tốc độ chạy dao tỷ lệ với tần số phát xung và được cấp thông qua một máy phát tần số điều chỉnh ( máy phát chu kỳ ). Quá trình điều khiển được thực hiện theo nguyên tắc gia số, nghĩa là một số lượng xung được cấp vào bộ truyền động bước, phù hợp đến sai lệch dịch chuyển đến vị trí Cần tiếp theo mà không so với vị trị tuyệt đối ban đầu. Động cơ bước chạy điện sẽ đổi giá trị cần của đoạn dịch chuyển ở dạng số ( số lượng xung ) sang một giá trị góc quay và do đó thực hiện chức năng của bộ biến đổi số tương tự ( D/A). Ưu điểm của nguyên tắc này là có thể bỏ được hệ thống đo đường dịch chuyển mà trong một số trường hợp có thể đơn giản hóa được kết cấu máy cũng như bỏ được bộ so sánh và các thiết bị điều chỉnh về điện. Thay các thiết bị đó động cơ bước cần phải được trang bị một số thiết bị điều khiển chuyên dụng để chia xung và để khuyếch đại. Khả năng giảm tiêu phí cho điều khiển do bỏ bớt được bộ so sánh, đặc biệt đáng kể trong dạng điều khiển phi tuyến mà ở dạng điều khiển này chi phí cho bộ so sánh là tương đối cao. Các động cơ bước chạy điện hoạt động bằng nguyên tắc điện từ, mặc dù có những đặc tính động học rất tiện lợi nhưng chỉ giải quyết với mô men quay nhỏ, thường không đáp ứng đủ cho một máy công cụ điều khiển số. Với lý do trên đòi hỏi cần phải có một bộ khuyếch đại công suất phụ thêm, hiện nay người ta thường dùng các van Servo thủy lực và động cơ thủy lực. Động cơ bước chạy điện, van Servo và động cơ thủy lực hợp thành một đơn vị kết cấu kép kín có thông số kỹ thuật riêng biệt được gọi là “động cơ bước thủy lực”. III. TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO TRONG MÁY CÔNG CỤ CNC. 1. Các nhiệm vụ của truyền động chạy dao. Các hệ truyền động chạy dao có nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hoặc mang chi tiết trên máy công cụ. Các truyền động tịnh tiến là các truyền động thẳng theo phương ba trục tọa độ của không gian ba chiều; còn các chuyển động quay tròn là những chuyển động quay tròn xung quanh các trục này. Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện được các tính chất sau: - Có tính động học cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong thời gian ngắn nhất. - Có độ vững chắc số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nó tới tốc độ chạy dao, ngay cả khi chạy dao với tốc độ nhỏ nhất cũng cần đòi hỏi một quá trình tốc độ ổn định. - Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất có thể từ 1:10000 đến 1:30000. - Phải giải quyết được những lượng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất . Cấu trúc nguyên tắc của một hệ thống truyền động chạy dao được thể hiện như trên hình 31: Trong đó hệ truyền động gồm: Một động cơ dẫn động quay qua một cặp truyền động bánh răng đi tới bộ vítme - đai ốc - bi, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là một dạng tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại. Hình 31: Truyền động chạy dao của một bàn máy trong máy CNC. 1. Cảm nhận số vòng quay; 2. Động cơ chạy dao; 3. Đai răng; 4. Vítme / Đai ốc / Bi; 5. Bàn máy; 6. Truyền động đo; 7. Cảm nhận góc quay. Các động cơ dẫn động thẳng như động cơ điện tuyến tính hoặc xilanh thủy lực, trên thực tế động cơ xilanh thủy lực ít được sử dụng cho truyền động chạy dao do nó có cấu trúc và vận hành phức tạp hơn so với động cơ điện. Động cơ đựơc ứng dụng phổ biến trong truyền động chạy dao CNC gồm hai loại động cơ sau: Động cơ chạy điện (động cơ dòng điện một chiều, động cơ bước, động cơ dòng xoay chiều), động cơ thuỷ lực (động cơ thuỷ tĩnh, động cơ bước - điện - thuỷ lực). Trường hợp dùng động cơ bước là để truyền động cho hệ điều khiển vị trí kiểu mạch hở, không phản hồi. Đối với hệ truyền động chạy dao của máy công cụ, do động cơ bước có mômen truyền động rất nhỏ nên việc ứng dụng trực tiếp chúng là không thích hợp. Để sử dụng được động cơ bước trong máy công cụ điều khiển số thì công suất của hệ truyền dẫn cần phải được khuyếch đại qua một động cơ thủy lực.Tuy nhiên các động cơ thủy lực cũng bị truyền động điện ngày càng lẫn át do những tính chất đơn giản hơn thay vì sự phức tạp của động cơ thủy lực là phải đổi các tín hiệu điện thành các tín hiệu thủy lực. Dưới đây là ba loại động cơ được dùng trong máy công cụ điều khiển số đó là: Động cơ bước chạy điện, động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều. 2. Động cơ bước chạy điện. Động cơ bước chạy điện được ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng trong các máy điều khiển số hiện nay, chúng bao gồm: - Các động cơ dẫn động cho hệ điều khiển điểm, đường, đường cong cho máy công cụ. - Các bộ biến đổi số tương tự hoặc khâu điều chỉnh số trong kỹ thuật đo lường và kỹ thuật điều chỉnh. - Các động cơ dẫn động trong các bộ truy nhập và cấp phát của kỹ thuật điện toán. - Các động cơ đồng bộ. Động cơ bước chạy điện đuợc ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực, do đó các động cơ bước cũng có nhiều chủng loại kết cấu và tính chất rất khác biệt. Trong kết cấu, các hệ thống nhiều pha được phân biệt thành các hệ thống nhiều phần tĩnh (nhiều Stato). Về nguyên tắc chúng được cấu tạo như máy đồng bộ. Những động cơ nhiều phần tĩnh bao gồm một số Hình 32: Hệ thống Stato – Rotor của một động cơ bước chạy điện. 1. Stato; 2. Rotor; 3. Cuộn kích từ; 4. Trục động cơ. lượng hệ thống Stato - Rotor xếp đặt kế tiếp nhau, trong đó từng hệ thống riêng biệt giống như cuộn dây của động cơ nhiều pha và được đặt cùng một góc. Đối với các truyền dẫn nhanh trong máy công cụ ta dùng trước hết là hệ thống nhiều Stato vì chúng gắn liền với một kết cấu đơn giản, có góc bước nhỏ và đặc tính động cơ thuận tiện. Động cơ bước thường có mômen truyền động rất nhỏ, nó thích hợp trong các truyền hợp lực cản trên đường dịch chuyển là ổn định và không đáng kể hoặc không có tác dụng cản trong khi chạy dao, nếu dùng trong các hệ truyền động có lực cản lớn cần phải khuếch đại công suất qua một động cơ thuỷ lực. 3. Động cơ điện một chiều. Cho đến nay trên các máy công cụ điều khiển số phổ biến vẫn dùng các loại động cơ điện một chiều kích từ, dùng vòng mạch phụ với nam châm vĩnh cửu cho truyền động chạy dao. Hình 33: Hình 33: Mặt cắt ngang của động cơ Servo dòng một chiều có dòng kích từ bởi nam châm vĩnh cửu. (a). Nguyên tắc tập trung dòng đường sức từ trường; (b). Nguyên tắc vỏ nam châm. Động cơ kích từ với nam châm vĩnh cửu có tổn hao công suất điện năng nhỏ hơn loại động cơ kích từ bằng mạch ngoại lai. Lượng nhiệt tỏa ra thường nhỏ đến mức có thể qua vỏ động cơ mà truyền ra môi trờng xung quanh, vỏ bọc động cơ có thể bao kín hoàn toàn, không cần có thông gió. Các động cơ phải thích hợp với sự tăng tốcvà chì hoãn chủ động theo cả hai chiều quay, do vậy chúng phải thích hợp với chu kỳ vận hành 4 góc phần tư. Có thể hiểu chu trình 4 góc phần tư là sự vận hành của bốn động cơ trong tất cả bốn góc phần tư trên giản đồ đặc tính mômen quay - số vòng quay. Để điều chỉnh số vòng quay của động cơ thường sử dụng klhuyếch đại thyristo, hiện nay người ta sử dụng ngày càng nhiều khuyếch đại tranzito. Chu trình hoạt động bốn góc phần tư của máy phát điện được thể hiện như trên hình 34: Hình 34: Máy phát điện hoạt động theo chu trình bốn góc phần tư. 4. Động cơ điện xoay chiều. Động cơ xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn so với động cơ điện một chiều như: Động cơ điện xoay chiều không cần đến kết cấu cổ góp chổi quét, và có lợi thế là không cần bảo dưỡng. Việc thay đổi số vòng quay dựa vào bộ biến đổi tần, do giá thành phải chăng của bộ biến đổi tần mà hiện nay truyền động xoay chiều đợc ứng dụng trong mọi trường hợp, trong đó việc không cần bảo dưỡng là điểm đặc biệt quan trọng. Một phát triển tiếp theo là các động cơ Servo dòng một chiều không dùng chổi điện, có cuộn dây ba pha và một mạch Roto kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Chúng là sự kết hợp ưu điểm điều khiển của động cơ dòng một chiều và lợi thế không cần bảo dưỡng của động cơ xoay chiều. Tổn hao nhiệt trong những động cơ này chỉ xảy ra ở cuộn dây stato và cũng được tán xuất theo đường ngắn nhất theo vỏ động cơ, do vậy đây là những động cơ cho phép làm việc ở vùng chất tải cao. IV. CÁC KHÂU TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ TRONG MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ. Các khâu truyền động cơ khí là những bộ phận kết cấu cơ khí tạo thành xích động học nối từ động cơ chạy dao đến điểm tác dụng của dao cụ. Cách bố trí các khâu truyền động ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác định vị đó là các yếu tố: Sự cộng hưởng giữa tần số riêng của các khâu động với tần số biểu kiến của truyền động cộng hưởng này có thể gây ra cộng hưởng tại vị trí cần. Khe hở giữa trục vítme và đai ốc. Tính mềm hóa phụ thuộc vào lực thay đổi do nguyên nhân của những biến dạng khác nhau. Chuyển động quay của động cơ chạy dao được chuyển đổi thành chuyển động thẳng của bàn máy nhờ bộ truyền vítme - đai ốc - bi, khi đường dịch chuyển dài hơn 5m thì phải dựa vào bộ truyền bánh răng thanh răng. Đối với truyền động chạy dao trên máy công cụ CNC, bộ truyền vítme - đai ốc - bi có kết cấu vítme - bi và một cặp đai ốc (hình 35). Hình 35: Vítme/ đai ốc/ bi có khống chế sức căng bằng đai ốc kép. Bộ truyền vítme - bi - đai ốc có ưu điểm là ma sát rất nhỏ và ít bị mòn. Nhược điểm của chúng là có độ giảm chấn thấp. Nhờ một cặp đai ốc ghép căng theo chiều trục có thể khử được khe hở giữa trục vítme và bản thân đai ốc không cho phép làm tăng ma sát giữa chúng. Vì khe đựơc triệt tiêu lên ứng dụng cho truyền động chạy dao trên các máy phay cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm và ổn định. Mục đích sử dụng truyền động chạy dao giữa trục động cơ và bộ truyền vítme – bi: Thích ứng với số vòng quay của động cơ với tốc độ chạy dao yêu cầu. Thích ứng mômen quay của động cơ với mômen đòi hỏi mômen trên vítme chạy dao. Do nguyên nhân kết cấu, để có thể dễ bố trí lắp động cơ. Truyền động chạy dao phải có mômen quán tính nhỏ, có độ bền xoắn cao và không có khe hở. Để thỏa mãn được những yêu cầu đó các bộ truyền bánh răng đòi hỏi chế tạo rất tốn kém. Thay thế nó người ta dùng ngày càng nhiều các cặp truyền đai răng một cấp. Phương thức tác dụng của vítme - đai ốc - bi: Các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy, nhờ hai nữa đai ốc lắp theo chiều dài, giữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khe hở theo hai chiều đối ngược (hình 36). Hình 36: Kết cấu chỉnh khe hở vítme/ đai ốc/ bi. Trong một số kết cấu giải pháp nâng cao của bộ truyền này, bước nâng của rãnh vítme trên trục và đai ốc có giá trị khác nhau. Việc dẫn bi hồi rãnh đợc thực hiện nhờ các rãnh dẫn hướng bố trí bên trong hoặc các ống dẫn hướng bố trí bên ngoài, thể hiện trên hình 37. Hình 37: Rãnh dẫn hướng bi trong bộ truyền vítme/ đai ốc/ bi. Trong hoạt động thực tế, đặc tính điều chỉnh còn chịu nhiều ảnh hưởng khác chẳng hạn như ảnh hưởng bởi một số hằng số thời gian nhỏ hơn, chúng hình thành là do các hệ thống khối lượng - đệm đàn hồi riêng lẻ của các yếu tố truyền động ở động cơ một chiều ngoài hằng số thời gian về cơ khí còn có một hằng số thời gian về điện mà trái với cơ khí hằng số thời gian thường là nhỏ. Trong hệ thống truyền động ngoài sử dụng bộ truyền vítme - đai ốc - bi thì kết cấu thanh răng bánh răng cũng được sử dụng khá phổ biến trong máy công cụ điều khiển số, kết cấu này áp dụng cho các máy cỡ lớn, có hành trình chạy dao dài. V. CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHO TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO. 5.1 Tính mômen quay (hình 38). Mômen quay được tính theo công thức sau: Trong đó: M - Mômen quay đòi hỏi trên trục vítme - bi; Fu - Lực vòng trên bánh bi dẫn lắp trên vítme - bi; r - Bán kính của bánh bị dẫn; Fv - Lực cản chạy dao (lực để thắng ma sát của bàn máy và lực chạy dao khi cắt); h - Bước vítme; - Hiệu suất tác dụng của vítme - bi thường bằng 0,8 - 0,95. Hình 38: Tính toán mômen truyền dẫn yêu cầu đối với hệ truyền động chạy dao. 5.2 Mômen quán tính (hình 39). Hình 39: Tính toán mômen quán tính của truyền động chạy dao. Mômen quán tính JA trên trục dẫn đ