Đồ án Cơ khí chính xác và quang học

bị kẹp và lực đo chỉ có theo hướng được dò. Mạch điều khiển vị trí sẽ điều khiển các đầu đo cảm ứng trên cả ba trục trở về vị trí 0 trong quá trình dò. 2.2.4 Giá giữ đầu dò : Trước đây, các mũi dò phù hợp với việc đo được gá lên đầu đo sau đó được calip bằng chuẩn calip. Ngày nay, thời gian hoạt động lãng phí đó đã được loại bỏ bửi hệ thống thay đổi mũi dò. Hạt nhân của hệ thống này là một đĩa tiếp hợp để giữ các mũi dò cần thiết. Tổ hợp mũi dò tốt nhất có thể giữ được các mũi dò phục vụ cho từng loại chi tiết đo hay họ các chi tiết. Tuy nhiên, điều đáng nói ở đây là đĩa tiếp hợp luôn cất các mũi dò trở lại vị trí trên với độ chính xác 1 mm. Có các dạng mũi dò khác nhau được lưu giữ trên một giá giữ mũi dò. Giá giữ mũi dò đã được calip trước đó và trở thành dụng cụ đã được điều chỉnh. Các số liệu khi thay đổi mũi dò đều được lưu giữ trong máy ,sự thay đổi mũi dò tất nhiên có thể vận hành bằng tay nhưng CMM có khả năng tự động thay đổi mũi dò bằng Robot. Nó còn có khả năng thay đổi mũi dò trong khi đang đo tự động. Đĩa tiếp hợp là một trong những cụm chi tiết của hệ thống thay đổi mũi dọ và đồng thời là bộ phận liên kết giữa mũi dò và các sensor. Bộ phận này thê hiện nguyên tắc không gian - điểm đỡ có độ chính xác cao. Một nam châm vĩnh cửu giữ và kẹp đĩa dùng lực gián tiếp ,để dịch chuyển hay gá đặt đĩa, từ lực được tăng lên hay giảm xuống một cách nhanh chóng. 2.2 nguyên lý hoạt động điện Bài toán đặt ra trong máy đo tọa độ là phải điều chỉnh chính xác vị trí chuyển động trên các trục, cũng giống như truyền động trong các máy CNC thì đòi hỏi truyền động trên các trục gia công của máy là phải rất chính xác. Đối với mỗi hãng thì có một mô hình điều khiển riêng phù hợp với chất lượng cũng như độ chính xác cao nhất cho phép của máy đo đó. Hơn nữa thì kiểu điều khiển trên các trục của các máy là khác nhau tùy theo yêu cầu sử dụng mà có thể điều khiển song song hay điều khiển độc lập. Thông thường thì các máy CMM thường điều khiển theo kiểu độc lập giữa các trục. Chúng ta có mô hình chung của hệ thống điều khiển như sau: Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển Hình 2.2: Sơ đồ khốiđiều khiển của một trục 2.2.1 Chức năng của các khối trong sơ đồ điều khiển Máy tính. Đối với các máy điều khiển cấp cao như các máy CNC thì máy tính đóng một vai trò quan trọng, toàn bộ thuật toán và xử lý số liệu sẽ được máy tính tính toán sau đó thì kết quả được đẩy ra các Port qua AD, và mạch tương tự để điều khiển cơ cấu chấp hành qua mạch lực. Đối với mô hình thực nghiệm thì mục đích điều khiển chính là điều khiển chính xác vị trí trên các trục, trong đó thì máy tính đòng vai trò đặt vị trí chuyển động trên các trục (Master), sau đó thì gửi các giá trị đặt xuống các khối điều khiển riêng từng trục một (Slaver). Do đó thì nhiệm vụ của máy tính ở đây là gửi các giá trị đặt cho các trục, thực hiện chương trình để lần lượt gửi các giá trị cho các chíp điều khiển trên các trục. Còn việc tổng hợp các mạch vòng điều khiển vị trí trên các trục thì sẽ nhờ các chíp. Vi điều khiển. Các vị trí điều khiển trên các trục được máy tính đặt sau đó gửi xuống chíp (vi điều khiển). Do đó thì chip phải chứa các thuật toán điều khiển, các mạch vòng điều khiển tốc độ và mạch vòng phản hồi vị trí sẽ được đặt trong chíp. Chính vì thế mà chíp phải thực hiện các chức năng cụ thể là: Đo tốc độ phản hồi về qua Encoder Đo và tính toán vị trí chuyển động trên các trục nhờ Encoder đọc trên các thước. Sau khi tính toán qua các mạch vòng điều khiển thì vi điều khiển phát xung điều khiển qua mạch lực để điều khiển động cơ chuyển động trên các trục. Sensor Khối sensor ở sơ đồ khối mạch điều khiển ở đây thì bao gồm các Encoder đọc vị trí và Encoder trên trục động cơ. Encoder trên trục dịch chuyển có nhiệm vụ đọc vị trí, qua encoder trên trục động cơ sẽ phản hồi tốc độ tức thời của động cơ. 2.2.2 Giới thiệu chung một số đặc tính của AT89C52 AT89C52 là một họ vi điều khiển của hãng ATMEL là một họ vi điều khiển rất phổ biển trên thị trường. Chip AT89C52 có các đặc trưng như sau: 1. 8k ROM 2. 256 bytes RAM 3. 4 port xuất nhập (P0 – P3) 8 bit 4. 3 bộ đinh thời 16 bit Hình 2.3: Họ AT89C52 Với bộ nhớ chương trình 8k ROM và 256 bytes bộ nhớ dữ liệu cùng với các thanh ghi đặc biệt và các đặc tính của AT89C52 thì nó đủ đáp ứng các yêu cầu điều khiển của hệ thống. Dưới đây là một số các thanh ghi đặc biệt và các đặc tính của AT89C52. Thanh ghi bộ định thời Họ AT89C52 có 3 bộ định thời (Timer/Counter) 16 bit để định các khoảng thời gian hoặc để đếm các sự kiện. Bộ định thời 0 có địa chỉ 8AH (TL0, byte thấp) và 8CH (TH0, byte cao), bộ định thời 1 có địa chỉ 8BH(TL1, byte thấp) và 8DH (TH1, byte cao) và bộ định thời 2 (CDH, byte cao) và CCH(TL2, byte thấp). Trong các ứng dụng của bộ định thời trong một khoảng thời gian, bộ định thời được lập trình sao cho sẽ tràn sau 1 khoảng thời gian quy định do người lập trình đặt và set cờ tràn của bộ định thời bằng 1. Cờ tràn được sử dụng để đồng bộ chương trình nhằm thực hiện một công việc như là kiểm tra trạng thái của ngõ nhập hoặc gửi dữ liệu đến các ngõ xuất. Hơn nữa thì bộ định thời cũng được sử dụng để cung cấp xung clock tốc độ baud cho port nối tiếp bên trong 8052. Với bộ định thời thứ ba của họ 8052 có thêm 5 thanh ghi chức năng đặc biệt nữa để truy xuất bộ định thời này. Thanh ghi chế độ định thời TMOD Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm bit dùng để thiết lập chế độ hoạt động cho bộ định thời 0 và 1. TMOD không được định địa chỉ từng bít. TMOD được nạp một lần bởi phần mềm ở thời điểm bắt đầu của một chương trình để khởi động chế độ hoạt động của bộ định thời. Sau khi được thiết lập thì bộ định thời được hoạt động. Với thanh ghi đặc biệt này thì chúng ta sẽ dùng để định chế độ hoạt động của các bộ định thời dùng trong chương trình điều khiển. Trong chương trình điều khiển thì chúng ta sẽ dùng thanh ghi đặc biệt TMOD để định chế độ hoạt động của truyền thông nối tiếp, hơn nữa thì TMOD còn được dùng để thiết lập các chế độ hoạt động của các bộ định thời khác, bộ định thời 0 được dùng tạo được tạo xung điều khiển PWM để điều khiển động cơ. Thanh ghi điều khiển định thời TCON Thanh ghi TCON chứa các bit điều khiển và trạng thái cảu bộ đình thời 0, 1 và 2. Bốn bit cao trong TCON được dùng để điều khiển các bộ định thời hoạt động hoặc ngừng hoặc để báo các bộ định thời tràn (TF0, TF1 và TF2). Bốn bit thấp của TCON không dùng để điều khiển các bộ định thời, chúng được dùng để phát hiện và khởi động các ngắt ngoài. Các chế độ định thời và cờ tràn Đối với các bộ định thời thì có 4 chế đọ hoạt động, tùy theo yêu cầu lập trình và mục đích điều khiển thì người lập trình sẽ lựa chọn chế độ phù hợp nhất. Chế độ 0 (13 bit ) Chế độ 0 là chế độ đinh thời 13 bit cung cấp khả năng tương thích với bộ vi điều khiển. Trong chương trình điều khiển thì không dùng chế độ này. Chế độ 1 (16 bit ) Chế độ 1 là chế độ định thời 16 bit và có cấu hình giống chế độ định thời 13 bit, chỉ khác ở chỗ là 16 bit. Xung clock đặt vào các thanh ghi định thời cao và thấp. Khi có xung clock đến thì bộ định thời đếm lên: 0000H->FFFFH khi đó cờ tràn TF sẽ nhảy lên 1 và bộ định thời sẽ tiếp tục làm việc. Để thực hiện việc tạo ra tần số băm xung PWM lớn hơn 1kHz thì chúng ta không thể sử dụng 8 bit do đó để phù hợp với việc điều khiển như mô hình trên thì chúng ta sẽ sử dụng 16 bit, chế độ 16 bit chỉ có ở chế độ định thời 1 cho bộ định thời 0. Chế độ 2 (8 bit ) Chế độ 2 là chế độ tự nạp lại 8 bit. Byte thấp của bộ định thời hoạt động định thời 8 bit trong khi byte cao của bộ định thời lưu giữ giá trị nạp lại. Khi số đếm tràn từ FFH xuỗng 00H, không chỉ cờ tràn của bộ định thời được set lên 1 mà giá trị trong TH còn được nạp vào TL việc đếm sẽ tiếp tục từ giá trị này cho đến khi tràn kế tiếp.. Chế độ này sẽ được dùng cho bộ định thời 1 dùng cho truyền thông nối tiếp. Chế độ 3 chế độ chia xẻ Chế độ 3 là chế độ chia xẻ và có hoạt động khác nhau cho từng bộ định thời. Bộ định thời 0 được chia làm 2 bộ định thời 8 bit hoạt động riêng rẽ TL0 và TH0, mỗi bộ định thời sẽ được set các cờ tràn tương ứng TF0 và TF1 khi xảy ra tràn. Chế độ 3 chủ yếu được dùng để cung cấp thêm bộ bộ định thời 8 bit nữa. Tuy nhiên thì AT89C52 có bộ định thời thứ 3 do đó chúng ta đủ tài nguyên để điều khiển do đó chúng ta không dùng chế độ này. Đặc biệt là không giống như hai bộ định thời 0 và 1 thì bộ định thời 2 luôn làm việc ở chế độ 16 bit, bộ định thời 2 gồm hai thanh ghi TL2 và TH2 thanh ghi điều khiển T2CON, các thanh ghi thu nhận RCAP2L và RCAP2H. Chế độ hoạt động của bộ định thời 2 được thiết lập nhờ thanh ghi điều khiển T2CON. Trong thanh ghi này có bit CP/RL2C nếu được clr thì bộ định thời hoạt động ở chế độ tự nạp lại với các thanh ghi TL2/TH2 làm nhiệm vụ các thanh ghi định thời còn các thanh ghi RCAP2L và RCAP2H lưu giữ giá trị nạp lại. Bộ định thời này sẽ được sử dụng để tạo tín hiệu PWM trong quá trình điều khiển động cơ. Hoạt động của Port nối tiếp Bên trong chip AT89C52 có một port nối tiếp hoạt động ở một vài chế độ trên một tần số rộng. Chức năng cơ bản của port nối tiếp là thức hiện việc chuyển dữ liệu song song thành dữ liệu nối tiếp khi phát và chuyển dữ liệu từ nối tiếp thành song song khi thu. Các mạch cứng bên ngoài truy xuất port nối tiếp thông qua các chân TxD (phát) và RxD (thu). Để lập trình điều khiển sử dụng port nối tiếp chúng ta sử dụng thanh ghi đặc biệt SBUF và SCON, SBUF có địa chỉ 88H, tuy nhiên trên thực tế thì SBUF có hai bộ đệm nhận và truyền hay còn gọi là thanh ghi phát và thanh ghi thu. Thanh ghi SCON port nối tiếp có địa chỉ 98H là thanh ghi được định địa chỉ bit, thanh ghi này chứa các bit trạng thái điều khiển. Các bit điều khiển sẽ được thiết lập chế độ hoạt động cho port nối tiếp còn các bit trạng thái chỉ ra sự kết thúc việc thu hay nhận. Trong thanh thì SCON này có 2 bit trạng thái RI và TI dùng để phát hiện việc kết thúc nhận hay truyền, ngoài ra còn có một bit SM2 được sử dụng để điều khiển chế độ truyền thông đa xử lý. Chế độ truyền thông đa xử lý. Như đã phân tích ở trên thì trong mô hình thực nghiệm sử dụng kiểu điều khiển Master- Slaver. Trong đó thì máy tính đóng vai trò Master còn các chip điều khiển các trục đóng vai trò là các Slavers. Do vậy thì trong việc điều khiển chúng ta phải sử dụng kiểu truyền thông đa xử lý. Trong chế độ truyền thông đa xử lý thì có 9 bit dữ liệu được thu, bit thứ 9 được đưa đến RB8 (thanh ghi SCON ). Port có thể được lập trình sao cho khi bit stop được nhận, ngắt do port nối tiếp được tích cực chỉ nếu RB8=1. Tuy nhiên thì để hoạt động ở chế độ truyền thông đa xử lý thì phải set bit SM2 của thanh ghi SCON lên 1. Khi bộ xử lý Master truyền dữ liệu cho các xử lý tớ thì ngoài các dữ liệu thì Master phải truyền địa chỉ để các xử lý tở biết dữ liệu đấy là của “ai”. Khi xử lý tớ nhận được địa chỉ của mình thì clr SM2 để đón nhận dữ liệu, còn các xử lý tớ khác thì vẫn set SM2 để “lắng nghe” các thông tin chung trên bus dành cho các vi xử lý. Để định tốc độ baud của port nối tiếp cho AT89C52 ở các chế 1 và chế độ 3 được xác định bởi tốc độ tràn của bộ định thời 1 hoặc 2 hoặc cả hai. Trong chương trình điều khiển như đã phân tích thì chúng ta sử dụng bộ định thời 1 để xác định tốc độ baud của port nối tiếp. Hoạt động ngắt của AT89C52 Với 6 ngắt, 3 ngắt của 3 bộ định thới, 2 ngắt ngoài, và một ngắt truyền thông đủ đáp ứng các yêu cầu điều khiển. Trong đó thì 2 ngắt ngoài được sử dụng ở đầu ra của các mạch đọc tốc độ trên encoder của động cơ và encoder của thước đọc vị trí trên trục dich chuyển. Với những tài nguyên sẵn có của AT89C52 theo như phân tích trên thì hoàn toàn đáp ứng được những yêu cầu đòi hỏi để điều khiển của mô hình. Chính vì vậy trong mô hình điều khiển sẽ sử dụng AT89C52 để điều khiển các động cơ truyền động trên các trục. 2.2.3 Lựa chọn hệ thống đọc Encoder của động cơ và trên thước. Mạch đọc tín hiệu Encoder trên trục động cơ và trên thước 1. Encoder đọc thước dọc chiều chuyển động. Khi cấp điện áp cho động cơ là U=11.9 V thì Encoder có 2 xung ra tần số 16ms như hình 2.4. Đầu ra của Encoder trên trục có 4 chân, 2 chân nguồn và xung A, B Hình 2.4: Tín hiệu Encoder thước Hình 2.4 là tín hiệu đọc từ Encoder đọc thước trên trục chuyển động khi cấp điện áp 11.9 V cho động cơ. Đầu ra của Encoder có hai xung tần số như nhau (16ms) lệch nhau một góc 900. Dựa vào độ lệch của hai xung và xung đầu ra có sườn xuống thì chúng ta có thể tính toán được chiều chuyển động của động cơ cung như vị trí chuyển động trên trục của đầu dò. Chúng ta có mạch đọc Encoder như sau: Hình 2.5:Mạch đọc Encoder trên thước Mạch trên có dùng hai phần tử NAND nối liên tiếp trên mỗi xung ra có tác dụng sửa xụng từ Encoder. Một đầu ra sau hai phần tử NAND sẽ được đưa trực tiếp vào ngăt INT0 của vi điều khiển AT89C52, chân còn lại được đưa vào một chân P2.4 của vi điều khiển. Theo hình 2.4 thì chúng ta có hai tín hiệu ra của Encoder lệch nhau 900. Do đó mỗi khi có tín hiệu (sườn xuống xung) thì vi điều khiển ngắt khi đó kiểm tra chân P2.4 đang ở trạng thái cao hay thấp, nếu ở trạng thái thấp thì chúng ta biết được chiều quay của động cơ là quay trái, và nếu chân P2.4 đang ở trạng thái cao thì chúng ta sẽ biết là chiều quay của động cơ là quay phải. Hơn nữa thì mỗi lần có ngắt thì chúng ta tăng biến đếm trong ô nhớ lên. Dựa vào khoảng cách giữa các vạch và số xung đểm được thì chúng ta sẽ biết được vị trí của đầu dò trên trục chuyển động. 2. Encoder trên trục động cơ Hình 2.6: Tín hiệu của Encoder QEDS Loai động cơ lựa chọn có 500 vạch do đó khi động cơ chuyển động với điện áp cấp vào động cơ là lớn thì tần số xung ra từ Encoder là rất lớn. Với số vạch trên đĩa lớn thì có ưu điểm là khoảng dịch chuyển tương ứng với một vạch là rất bé sau bộ truyền. Tuy nhiên thì với số vạch nhiều thì cũng có nghĩa là tần số xung đọc ra từ Encoder là rất lớn, do vậy nếu khoảng thời gian tính toán tổng hợp các mạch vòng điều khiển lớn thì có thể chúng ta sẽ bị mất xung nếu chúng ta sử dụng phương pháp đọc như đối với Encoder thước. Chính vì vậy để đảm bảo đủ thời gian cho việc tính toán tổng hợp các mạch vòng điều khiển thì chúng ta có sơ đồ đọc Encoder trên trục động cơ như sau: Hình 2.7:Mạch đọc Encoder của động cơ Trên mạch hình 2.7 thì có các phần tử 74LS90 và phần tử 74HC126 trong đó thì 74LS90 là phần tử chia, và 74HC126 là phần tử ba trạng thái. Do tần số xung ra của Encoder lớn nên để đảm bảo đủ thời gian cho việc tính toán tổng hợp mạch vòng điều khiển thì chúng ta sử dụng phần tử chia xung (mắc theo kiểu chia 5). Tuy nhiên khi mà tốc độ đủ bé thì để tăng độ chính xác của phép đọc thì chúng ta không chia xung nữa do đó thì ở đây sử dụng phần tử 3 trạng thái (3 state) 74HC126. Có nghĩa là khi mà tốc độ của động cơ còn rất lớn tương ứng tần số xung Encoder lớn thì chúng ta sử dụng mạch chia xung, lúc đó thì xung được đưa qua phần tử chia xung (74HC126 9A và 9C) được kích hoạt cho xung vào bộ chia. Hai phần tử (74HC126 9B và 9D) đặt ở trạng thái trở kháng cao. Khi mà tốc độ của động cơ đủ bé thì chúng ta lại điều khiển ngược lại (74HC126 9A và 9C) được kích hoạt để lấy trực tiếp tín hiệu xung của Encoder còn hai phần tử (74HC126 9B và 9D) lại được đặt ở trạng thái trở kháng cao do vậy mà xung từ Encoder không đi vào bộ chia nữa. Hai đầu ra của 74HC126 (9B) và 74LS90 (U2) được nối chung với nhau và được đưa vào ngắt ngoài còn lại của vi điều khiển. Trong khi 74HC126 (9D) và 74LS90 (U3) được nối chung và nối với một chân của vi điểu khiển. Cũng như Encoder thước thì mỗi lần có xung sườn xuống ngắt thì sẽ kiểm tra chân còn lại, để tính toán tốc độ của động cơ. Tuy nhiên trong trường hợp chia xung thì chúng ta không thể sử dụng sự lệch nhau của hai xung để phát hiện chiều quay của động cơ được, lý do là vì sau khi qua bộ chia xung thì hai xung đầu ra của Encoder không còn lệch nhau một góc 900 nữa. Chính vì vậy trong trường hợp này thì để kiểm tra chiều quay của động cơ chúng ta chỉ có thể kiểm tra trực tiếp từ việc đọc giá trị trên máy tính xuống. Để cho hai tín hiệu trực tiếp và qua bộ chia không đồng thời có hay có nghĩa là hai tín hiệu của hai bộ được nối cùng đầu ra không đồng thời có tín hiệu thì chúng ta phải có mạch đảm bảo các phần tử 3 trạng thái (3 state) không đồng thời làm việc. Do đó chúng ta có mạch tạo tín hiệu điều khiển các phần tử 3 trạng thái như sau: Hình 2.8:Mạch tạo tín hiệu điều khiển chốt Mỗi khi muốn làm việc ở gdiar tần số cao thì chúng ta set chân P2.4 lên thì khi đó F-HIGH sẽ có giá trị là 1 trong khi qua phần tử NAND được nối tắt hai đầu thì đầu ra F-LOW sẽ có giá trị 0 có nghĩa là chỉ một trong hai chốt làm việc chứ không đồng thời hai phần tử chốt ba trạng thái làm việc. Chính vì vậy ở dải tần số cao thì bộ chia sẽ chia xung trước khi đưa vào tính toán. Còn trong dải tần số thấp thì chúng ta sử dụng trực tiếp tín hiệu từ Encoder để đưa vào tính toán điều khiển. Với những phân tích các khâu trong sơ đồ khối của hệ thống điều khiển thì chúng ta có sơ đồ điều khiển của hệ thống sẽ có sơ đồ cụ thể như sau: Hình 2.9:Sơ đồ hệ thống điều khiển Kết luận Theo như những phân tích trên thì cuối cùng đã lựa chọn họ vi điều khiển AT89C52 để điều khiển hệ truyền động. Vi điều khiển sẽ được ghép nối với máy tính theo kiểu Master – Slaver thông qua truyền thông nối tiếp của cổng COM port – truyền thông nối tiếp. Vi điều khiển sẽ được tích hợp các thuật toán điều khiển tổng hợp các mạch vòng điều khiển vị trí và tốc độ. Với những tài nguyên của họ AT89C52 thì có thể đáp ứng được những yêu cầu của hệ thống điều khiển. Vi điều khiển sẽ thực hiện việc đọc các tín hiệu từ Encoder trên trục động cơ cũng như Encoder trên thước dọc theo đường chuyển động trên các trục. Để đam bảo cho việc đọc chính xác giá trị từ Encoder về thì mạch điều khiển có mạch đọc đảm bảo đọc được tần số ở dải tần cao và ở dải tần thấp. Chương III Thiết kế hệ thống robot đo 3 toạ độ 3.1 Thiết kế hình dạng robot đo 3 toạ độ CMM_MCX : Máy đo CMM_MCX sử dụng hệ dẫn động vít me với đường trượt bi thay vì đệm khí. Máy được đặt trực tiếp trên nền phân xưởng nên đòi hỏi độ cứng vững và khả năng hấp thụ các rung động cao. Chọn phương án thân máy và bệ máy được đúc liền khối bằng vật liệu Polime đặc biệt, vật liệu này có độ cứng vững như thép nhưng có khả năng hấp thụ rung động gấp nhiều lần. Hệ thống vit me và đường trượt được bố trí trong lòng khung máy nên tạo được kết cấu gọn nhẹ. Bề mặt bàn đo được gia công có bố trí sẵn các thiết bị gá chuyên dùng. Toàn bộ hệ thống được đặt trên ba chấu điều chỉnh được. Hình 3.1: mô hình máy đo 3 toạ độ CMM_MCX Hình 3.2 : bản vẽ thiết kế máy đo CMM_MCX Những yêu cầu cơ khí là rất cần thiết trong quá trình dịch hoạt động, vì với một mô hình hợp lý thì có thể làm nâng cao chất lượng đo là rất nhiều vì vậy thiết kế chế các cơ cấu của máy đo 3 toạ độ là rất cần thiết cho quá trình thực hiện chế tạo. 3.2 Tính toán và chọn vit me bi. Hình 3.3 Hệ thống dẫn trượt vít me bi Ta có : M1 = 40 (kg); M2 = 20 (kg) Hành trình lớn nhất Smax = 700 mm ; Vmax = 1000mm/s. Độ chính xác vị trí 0,10/700 mm. Tuổi thọ Lt = 25000h. Hệ số masat = 0,01. Động cơ một chiều có Nmax = 3000v/ph. Chọn đường dẫn: Từ số vòng quay lớn nhất của trục động cơ ta có: L = = 20 mm. Chọn đường dẫn 20 mm. Từ bảng I- 4.5 trang B19 sách NSK ta chọn sơ bộ đường kính của vit me là 15 mm. Có: d = 15 mm ; hành trình Smax = 700mm. Ta chọn vit me kiểu: W1507FA-4G-C5T20. b. Tính toán kiểm nghiệm: * Kiểm nghiệm trục: ta có a1 = == 4(m/s2). Suy ra: F1 = (m1 + m2)g + (m1 + m2)a1 = 246(N) F2 = (m1 + m2)g = 6(N) F1 = -(m1 + m2)g + (m1 + m2)a1 = 234(N). Sử dụng công thức tính ở phần II_2 trang B489-NSK suy ra dr = = 5,3 mm Theo trang B401-NSK suy ra dr = 12,2 mm. Kết quả này có thể chấp nhận được. Có F1 = 246N; N1 = = = 1500v/ph; ta = 2.t1 + t4 = 0,75 (s). F2= 6N; N2 = 3000v/ph. tb = 2t2 + t5 = 0,65 (s). F3= 234N; N2 = 1500v/ph. tc = 2t3 + t6 = 0,75 (s). Theo II-11 và II-12 trang B499 có: Fm == 195N. Nm = = 1200 v/ph. *Kiểm nghiệm tuổi thọ: Theo II-8 và II-9 trang B499 có: Lt = = 14120025000(h). Có thể chấp nhận được. Ta có với vit me dạng trên(C5) thì : Ep = 0,035/800(mm). = 0,025 mm. Có JB = = 0,35 (kg.cm2). JW = m. =60. = 6,1(kg.cm2). Jc = 0,25(kg.cm2). Tổng cộng : JL = 6.7 (kg.cm2). Theo II-27 và II-29 trang B508 T1 = + Tu = 4,2.10-2 (N.m). T2 = T1 + J= 1,27(N.m). T3 = T1 - J= -1,19(N.m). *Chọn động cơ: Có NM 3000v/ph. TM T; JM JL/3; vậy ta chọn động cơ với các thông số như sau: WM = 300 W; NM = 3000 v/ph; TM = 1(N.m); JM = 3,1.104(kg.m2). Ta chọn vit me: W1507FA-4G-C5T20. 3.3 chọn ổ lăn Hình 3.4 thiết kế ổ đỡ ổ lăn là chi tiết máy được tiêu chẩn hoá cao, được chế tao trong nhà máy chuyên môn hoá. Dung sai của ổ lăn được quy định trong tiêu chuẩn về ổ lăn, nhà máy chế tạo ổ lăn đã gia công ổ theo tiêu chuẩn. Khi thiết kế chúng ta chỉ tính chọn kiểu ổ, cỡ ổ lăn cà cấp chính xác của ổ, không cần quy định dung sai cho ổ. Từ quá trình tính toán Vít me_ Đai ốc từ động cơ tải ta có thể chọn ổ lăn cho robot CMM_MCX với kí hiệu P6 08 0 3 6 Cặp chữ P6 chỉ cấp chính xác của ổ Cặp số 08 chỉ đặc điểm của ổ là hai vòng che bụi Số 0 ổ bi đỡ 1 dãy Số 3 cỡ ổ lăn trung bình Số 6 là đường kính trong d=6 Điều kiện kỹ thuật lắp ghép: Khi lắp ghép ổ lăn với trục và gối đỡ, thường một trong hai vòng ổ lắp có độ dôi. Độ dôi sẽ làm cho vòng trong ổ lăn lớn lên, kích thước D2 sẽ tăng thêm một lượng , hoặc vòng ngoài nhỏ đi, kích thước D1 giảm đi một lượng . Nghĩa là làm giảm khe hở hướng tâm ban đầu S1 của ổ (Hình 3.4 ), có thể dẫn đến kẹt ổ, khi lắp ghép các vòng ổ với chi tiết máy khác cần chọn độ dôi hợp lý, sao cho hoặc . Trong máy đo CMM_MCX trục là phần động nên ta sử dụng ổ lăn có vòng trong ổ lăn lớn lên, để đảm bảo không kẹt máy và làm việc ổn định. Quá trình lắp ghép có hai phần lắp ghép cần quan tâm đối với ổ lăn là : Lắp ghép giữa ổ lăn với trục( f6k6) Lắp ghép giữa phần đỡ(f20G7 ) với ổ lăn 3.4 Nghiên cứu thiết kế đầu dò 3.4.1 Phần cơ khí: Đầu dò chuyển mạch dùng trong máy NC, liên kết chặt chẽ với một cơ cấu khoá mà cung cấp sự đàn hồi theo năm hay sáu hướng trong hệ toạ độ. Khi tiếp xúc với vật đo, quả cầu lệch khỏi vị trí cân bằng. Vị trí này được xác định bởi ba vị trí đơn bao gồm ba đôi trụ và ba quả cầu tiếp xúc. Các đôi trụ và từng hình cầu được sắp xếp từng đôi một nối tiếp nhau. Khi mũi dò chạm vào vật đo : điểm tiếp xúc mở ra, mạch điện bị ngắt và kết quả đo độ dài tức thời được ghi lại trên tất cả các trục và dẫn tới việc đọc của máy. Sau đó kết quả đọc được chuyển vào bên trong bộ nhớ tại thời điểm tiếp xúc. Tuy nhiên để chế tạo hoàn chỉnh đầu dò cần phải có công nghệ tiên tiến và kinh phí lớn bởi để chế tạo sao cho 6 điểm cùng tiếp xúc trên một mặt phẳng là rất khó khăn do đây là trường hợp siêu định vị. Với ứng dụng của cơ điện tử giải pháp đầu dò cơ điện tử với tiếp xúc ba điểm đã được chế tạo thành công. 3.4.2 Phần điện Để phát hiện vị trí của đầu dò khi chạm vào chi tiết cần đo ta dùng mạch báo tín hiệu chạm công tắc đầu dò.Từ đó đưa ra mạch báo công tắc chạm và phục hồi lại nguồn điện, công tắc hút làm đóng mở mạch cung cấp điện áp 12V cho mạch điều khiển động cơ. Khi đầu dò chạm vào chi tiết sẽ làm một trong các điểm tiếp xúc hở mạch và điện áp cung cấp cho cuộn dây trong công tắc bị ngắt, Rơ le mở cắt nguồn 12V của mạch điện động cơ làm các động cơ dừng và có tín hiệu báo chạm về máy tính. Khi muốn phục hồi lại mạch điều khiển động cơ, máy tính sẽ phát tín hiệu mở IC4N35 cung cấp lại điện áp cho cuộn dây trong công tắc, làm công tắc đóng phục hồi điện áp cho mạch điều khiển động cơ. Hình 3.4 Mạch đầu dò 3.4.3 Hệ thống điện Để điều khiển động cơ một chiều có chiều thuận nghịch kết hợp với tín hiệu báo chạm của đầu dò đòi hỏi mạch điều khiển phải thực hiện được các chức năng sau: Điều khiển động cơ theo hai chiều thuận và nghịch. Khi có tín hiệu báo chạm do đầu dò gửi đến, nguồn điện cung cấp cho mạch bị cắt làm các động cơ dừng. Khi tín hiệu phục hồi từ máy tính đưa tới, nguồn điện cung cấp cho các động cơ được phục hồi. Động cơ được điều khiển bằng tay hoặc bằng chương trình phần mềm máy tính. 3.4.4 Xử lý tín hiệu đo Trên ba trục toạ độ đều có bộ xử lý tín hiệu đo có chức năng chuyển tín hiệu thu được từ cảm biến thành tín hiệu xung và đếm lượng xung thông qua đó biết được lượng dịch chuyển. đối có chức năng xác định Tín hiệu sau bộ vi xử lý được đưa vào máy tính nhờ bộ ghép nối máy tính. 3.5 Thiết kế mạch lực và hệ thống điều khiển 3.5.1 Khảo sát các thông số của động cơ và mô hình của động cơ Tốc độ chạy tối đa của mỗi trục 25mm/s. Vì vậy ta có thể chọn động cơ tốc độ tối đa 3000v/p = 50v/s khi đó tốc độ trên trục vít là (3-1) Khảo sát đo đạc các thông số của động cơ ta thí nghiệm như sau. Cấp điện áp 12V vào động cơ ta đo được dòng điện là 0,12A ở chế độ không tải. Từ công thức. (3-2) Thực hiện cấp nguồn điện xoay chiều U = 16,62V vào động cơ và đo dòng xoay chiều ta đo dược dòng điện I = 1.81A xoay chiều. Do đó thì tổng trở (3-3) Thay điện trở R = 4,5Ω vào ta có : (3-4) Mô men quán tính trung bình I của hệ được tính bởi công thức sau : (3-5) Trong đó: M là khối lượng của xe chạy và m là khối lượng của t