Điều chỉnh chương trình động học mài nghiền chi tiết quang theo hệ số tỷ số truyền trên máy điều khiển số NC MB-250

 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 70 - 2009 
49 
ĐIỀU CHỈNH CHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC MÀI NGHIỀN CHI TIẾT QUANG 
THEO HỆ SỐ TỶ SỐ TRUYỀN TRÊN MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ NC MB-250 
KINEMATIC PROGRAMMING CONTROL FOR OPTICAL PARTS BY TRANSMISSION RATIO 
FACTOR IN GRINDING NUMERICAL CONTROL MACHINE NC MB-250 
Nguyễn Trọng Hùng, Phạm Quốc Hải, Vũ Quốc Khánh 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
TÓM TẮT 
Bài báo trình bầy kết quả nghiên cứu về điều chỉnh chương trình động học mài nghiền chi tiết 
quang theo hệ số tỷ số truyền và hệ thống điều khiển độc lập tốc độ các trục truyền động liên kết với 
động cơ DC Servo của máy, nhằm nâng cao độ chính xác và năng suất gia công. 
Từ chương trình động học mài nghiền chi tiết quang, dựa vào kết quả mô phỏng, có thể lựa 
chọn được hệ số tỷ số truyền giữa trục tay quay và trục công tác. Khi đó đường cong chương trình 
động học, biểu diễn tích số của hệ số phủ và hệ số vận tốc trung bình trong một chu kỳ tay quay, phù 
hợp với lượng dư gia công đối với từng nguyên công nghiền thô, nghiền bán tinh và nghiền tinh. Khi 
gia công, với sự điều chỉnh vận tốc trục tay quay và trục công tác của máy điều khiển số NC MB-250, 
sẽ được chương trình động học hợp lý. 
ABSTRACT 
This article presented results of research on adjustment of kinematic program of optical parts 
grinding through transmission ratio and individual rotation control system of transmission shafts which 
connected to machine’s DC Servo motor that help to improve accuracy and processing productivity. 
From kinematic program of optical grinding, based on simulation results, the transmission ratio 
between crank and main shafts can be selected. Then, the curve of kinematic program which shows 
product of coating coefficient and average rotation coefficient in one cranked frequency is in line with 
depth of cut in every coarse grinding, semi-finished grinding and finished grinding operations. During 
operation, with this adjustment of rotation crank and main shafts of NC MB-250 machine, rational 
kinematic program will be achieved. 
I. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Hệ số tỷ số truyền là một trong những 
thông số ảnh hưởng tới chương trình động học 
mài nghiền chi tiết quang, khi điều chỉnh phù 
hợp sẽ nâng cao độ chính xác và năng suất gia 
công. Chương trình động học phụ thuộc vào các 
thông số hình học và động học của máy [1]. 
Trong các máy mài nghiền truyền thống 
trước đây, việc điều chỉnh các thông số động 
học phụ thuộc vào các bộ truyền động cơ khí 
như truyền động đai, ma sát hoặc truyền động 
bánh răng. Vì thế, việc điều chỉnh thông số 
động học trong xích truyền động của máy, chỉ 
có thể thực hiện theo từng cấp [4]. 
Việc điều chỉnh chương trình động học 
mài nghiền chi tiết quang là bài toán đặt ra đối 
với quá trình công nghệ khi gia công trên máy 
truyền thống, cũng như các máy điều khiển số. 
Các máy loại này chỉ phát huy hiệu quả khi có 
các chương trình tính và điều chỉnh máy của 
người thao tác. 
 Xét cơ cấu khâu trên của máy mài nghiền 
chi tiết quang điều khiển số NC MB-250, được 
biểu diễn trên hình 1. 
Hình 1. Cơ cấu khâu trên của máy mài nghiền 
chi tiết quang NC MB-250. 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 70 - 2009 
50 
Trong đó đĩa nghiền 5 quay với vận tốc 
góc 5, tay quay 1 6quay với vận tốc góc 1 tạo 
ra chuyển động lắc của cần lắc 3 với vận tốc lắc 
3, đĩa gá 4 mang chi tiết gia công lắc theo cần 
lắc 3. Do ma sát chi tiết còn chuyển động quay 
tương đối quanh tâm O4, với vận tốc 4. 
Hệ số 1 1 5/k   , là một trong các 
thông số điều chỉnh chương trình động học gia 
công, trong các máy mài nghiền chi tiết quang 
truyền thống đã được định trước bởi tỷ số 
truyền của các cặp bánh đai hoặc cặp bánh răng. 
Do đó, hạn chế việc xây dựng chương trình 
động học, sao cho phù hợp với lượng dư mài 
nghiền. Từ kết quả nghiên cứu về hệ thống điều 
khiển độc lập tốc độ trục động cơ, đề xuất một 
nghiên cứu ứng dụng mới - Điều chỉnh chương 
trình động học theo hệ số tỷ số truyền. Từ kết 
quả mô phỏng chương trình động học và việc 
điều chỉnh tốc độ trục tay quay và trục công tác, 
xây dựng được chương trình động học phù hợp 
với lượng dư trong từng nguyên công, nhằm 
nâng cao độ chính xác và năng suất gia công. 
II. CHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC MÀI 
NGHIỀN CHI TIẾT QUANG 
Định nghĩa 1: Hệ số phủ cục bộ  ijC t là tỷ số 
giữa độ dài của cung nằm giữa hai đường tròn 
bán kính 
jR1 và 
jR2 của đĩa nghiền 5 trên chu 
vi đường tròn trung bình của miền vành thứ i 
của đĩa gá chi tiết gia công 4. 
)arccos(arccos
1
)( ijijij ABtC 

Nhận xét:  ijC t là đại lượng không thứ 
nguyên  ij0 1C t  . Với 1 2, ,
i j jr R R xác 
định, thì hệ số phủ cục bộ  ijC t phụ thuộc vào 
độ lệch tâm e giữa tâm O4 của đĩa gá chi tiết gia 
công 4 và tâm của đĩa nghiền 5. 
Định nghĩa 2: Hệ số phủ cục bộ trung bình là 
hệ số phủ cục bộ tình trong một chu kỳ tay quay 
và ký hiệu là 
ijC : 
 dtRRrtC
T
C
T
jji
ijij ),,,(
1
0
21 
Quan hệ giữa hệ số phủ cục bộ và hệ số phủ 
trung bình như sau: 
 


m
j
iji CC
1
Định nghĩa 3: 
max
5
)(
)(
R
td
ij
ij
V
t
t

  - Hệ số vận tốc 
 Hệ số vận tốc trung bình trong một chu 
kỳ tay quay của khâu dẫn. 
   
T
td
ij
T
R
ijij dtt
VT
dtt
T
0
5
0 max
)(
.
1
.
1
 
Với m* là số lượng các miền vành của đĩa 
nghiền 5, mà tại đó 
ij 0, 1,... .j m   
 Giá trị trung bình của hệ số vận tốc là đại 
lượng: 



*
1
*
1 m
j
iji
m
 
 Hệ số vận tốc i và hệ số phủ iC thể 
hiện ảnh hưởng động học của quá trình gia công 
của đĩa nghiền 5 đến cường độ mài mòn bề mặt 
chi tiết trên miền vành bán kính ri bất kỳ nào đó 
của đĩa gá 4, ảnh hưởng của chúng là đồng thời, 
cộng tác dụng và có thể bù trừ cho nhau. 
 Khi đó, điều kiện để đĩa nghiền 5 mài 
mòn đồng đều bề mặt chi tiết trên đĩa gá 4 sẽ là: 
. ;( 1,... ).i iC const i n   
 Biểu thức trên chính là chương trình 
động học mài nghiền chi tiết quang. 
III. ĐIỀU CHỈNH CHƢƠNG TRÌNH 
ĐỘNG HỌC MÀI NGHIỀN CHI TIẾT 
QUANG THEO HỆ SỐ TỶ SỐ TRUYỀN 
3.1 Xây dựng thuật toán chƣơng trình động 
học 
 Hệ số phủ và hệ số vận tốc phụ thuộc vào 
vị trí tương đối giữa đĩa gá chi tiết và đĩa 
nghiền, để xây dựng chương trình tính giá trị 
của chúng, cần phân tích các trường hợp phân 
bố giữa chúng. Qua phân tích, thấy rằng vị trí 
giữa đĩa gá chi tiết và đĩa nghiền có thể xảy ra 
một trong các trường hợp như tiếp xúc, giao 
nhau, phân bố đồng tâm trong cả hai trường hợp 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 70 - 2009 
51 
ở phía trong và phía ngoài. Sau khi nghiên cứu 
thuật toán hình động học vị trí tương đối của 
đĩa gá chi tiết và đĩa nghiền, xây dựng được các 
thuật giải chương trình chính, chương con tính 
hệ số vận tốc, chương trình con tính hệ số phủ, 
chương trình tính toán i , iC và .i iC  và 
phần mềm tính toán chương trình động học mài 
nghiền chi tiết quang (hình 2). 
Hình 2. Thuật giải chương trình tính toán i , 
iC và .i iC  . 
3.2. Một số kết quả điều chỉnh chƣơng trình 
động học theo hệ số tỷ số truyền 
 Trong các kết quả nghiên cứu trước đây 
[1,2] trình bầy phương pháp điều chỉnh chương 
trình động học theo việc điều chỉnh chiều dài 
tay quay. Với các kết quả nghiên cứu mới đây 
về hệ thống điều khiển độc lập các trục quay 
của nhóm tác giả, ở đây trình bầy một số kết 
quả nghiên cứu về điều chỉnh chương trình 
động học theo hệ số tỷ số truyền 12k , có thể 
điều chỉnh độc lập tốc độ trục tay quay và trục 
công tác để đạt được hệ số tỷ số truyền, sao cho 
chương trình động học mài nghiền phù hợp với 
phân bố lượng dư gia công, trong từng nguyên 
công nghiền thô, nghiền bán tinh hay nghiền 
tinh. 
Theo kết quả mô phỏng trên hình 3, thấy 
rằng khi nghiền thô chọn 12k có giá trị lớn, khi 
nghiền bán tinh chọn 12k có giá trị trung bình 
và khi nghiền tinh chọn 12k có giá trị nhỏ. 
Hình 3. Một số kết quả mô phỏng điều chỉnh 
chương trình động học theo 12k . 
IV. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
SỐ TỐC ĐỘ HAI TRỤC ĐỘC LẬP 
4.1 Khối nguồn 
 Mạch nguồn gồm có ba biến áp dùng để 
cấp điện áp xoay chiều cho các bộ chỉnh lưu 
(hình 4). 
Nhiệm vụ của từng nhóm như sau: 
- Hai biến áp cấp nguồn xoay chiều 18V cho hai 
cầu chỉnh lưu điôt và bộ tụ lọc để ra mức điện 
áp 24V một chiều cấp cho động cơ trục công 
tác, động cơ trục tay quay. 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 70 - 2009 
52 
- Biến áp thứ ba có 3 đầu ra 12V- 0V- 12V, cấp 
nguồn xoay chiều cho hai bộ cầu chỉnh lưu 
(điôt) - tụ lọc - IC 7912 (ổn áp) - lọc để tạo ra 
bộ nguồn một chiều -12V- 0V- +12V cấp cho 
mạch điều khiển PWM, nhánh điện áp +12V 
được qua một IC 7805 ổn áp cho ra mức điện 
áp 5V để cấp cho mạch PIC để hiển thị LED. 
Hình 4. Khối nguồn của hệ thống điều khiển. 
Hình 5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ DC Servo trong máy mài nghiền NC MB-250. 
4.2 Khối mạch điều khiển tốc độ của động cơ 
DC Servor 
Động cơ ở đây được điều khiển theo phương 
pháp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width 
Modulation) (hình 5): 
+ Nguyên tắc tạo điện áp răng cưa là dựa trên 
hiện tượng phóng nạp của tụ C ở bộ tích phân 
khi đầu vào được cấp từ bộ tạo xung xung điện 
áp chữ nhật (hình 6). 
Hình 6. Tạo điện áp răng cưa. 
+ Điện áp Uđ một chiều cấp cho chiết áp VR, để 
điều chỉnh tốc độ động cơ đến giá trị mong 
muốn. 
+ Xung điện áp từ encoder (gắn trên trục động 
cơ) đưa về vi mạch LM2917 để biến đổi từ tần 
số sang điện áp. Điện áp này tỷ lệ thuận với tần 
số xung điện áp mà encoder đưa về, hay nói 
cách khác nó cũng tỷ lệ với tốc độ quay của 
động cơ. Đây là điện áp phản hồi tốc độ U . 
Điện áp này được so sánh điện áp Uđ ở khâu so 
sánh, sau khi so sánh cho mức sai lệch U 
giữa lượng đặt (tốc độ) và thực tế (động cơ 
đang quay). 
 Mức sai lệch U qua bộ điều chỉnh kiểu 
Tích phân – Tỷ lệ ( PI ) để tạo ra điện áp điều 
khiển quyết định độ rộng xung điều khiển, sao 
cho động cơ quay theo đúng lượng đặt. 
+ Bộ điều chỉnh PI là hai khâu làm việc song 
song. 
Khâu P - Khâu tỷ lệ với U , giá trị này do ta 
tính toán để từ đó điều chỉnh được hệ số tỷ lệ 
PK nhờ việc thay đổi giá trị chiết áp PR , 
0
P
P
R
K
R
 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 70 - 2009 
53 
Khâu I - Khâu tích phân sai lệch điện áp U 
theo thời gian. Hằng số tích phân KI có thể điều 
chỉnh được nhờ thay đổi giá trị chiết áp IR , 
1
.
I
i i
K
R C
 
 Tín hiệu từ hai mạch P và I sẽ được tổng 
hợp ở khâu cộng tín hiệu và như vậy điện áp 
điều khiển sẽ là : 
     . . 0dk P d I dU K U U K U U dt U      
+ Khâu so sánh ở đây để so sánh điện áp răng 
cưa và điện áp điều khiển. Khi điện áp điều 
khiển biến đổi, sẽ làm thời gian dẫn của van lực 
thay đổi theo, dấn đến năng lượng cấp cho động 
cơ cũng biến đổi, mà cuối cùng chính là làm tốc 
độ động cơ thay đổi theo giá trị cần thiết. Điều 
này minh họa ở hình 7 dưới đây. 
Hình 7. So sánh điện áp răng cưa và xung điều 
khiển. 
+ Nguyên tắc hoạt động của mạch lực (Driver) 
(hình 8): 
Xung điện áp điều khiển từ mạch điều 
khiển được đưa tới mạch khuếch đại gồm ba 
nhóm Transitor mắc Darlington, lúc này điện 
điều khiển được khuếch đại công suất. 
Xung điều khiển có công suất đủ lớn để 
kích mở khóa bán dẫn K – MOSFET, có tần số 
đóng cắt lớn. Xung điều khiển là xung chữ nhật 
dạng xoay chiều, có phần điện áp dương để mở 
được MOSFET và phần âm để khóa MOSFET. 
 MOSFET đóng cắt với tần số khoảng 
4kHz và cần có tấm làm mát để bảo vệ quá 
nhiệt cho van. Do mạch lực có tính điện cảm, 
nên phải có điôt nhanh để bảo vệ xung áp cho 
MOSFET, điôt này được mắc song song ngược 
với van. 
 Động cơ điện được mắc thêm một điôt 
đệm, có tác dụng tạo đường tiêu tán năng lượng 
từ trường tích tụ trong các cuộn dây của động 
cơ, và cũng có chức năng bảo vệ được 
MOSFET. 
Hình 8. Drive Mosfet. 
V. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
 Từ các kết quả nghiên cứu ở trên, thấy 
rằng hệ số tỷ số truyền 12k là một số vô tỷ [1] 
và: 
- Khi nghiền thô, mong muốn năng suất là chủ 
yếu, chọn giá trị hệ số tỷ số truyền 
12 1,75 2,05k   ; 
- Khi nghiền bán tinh, mong muốn cả năng suất 
và độ chính xác, chọn giá trị hệ số tỷ số truyền 
12 0,85 1,15k   ; 
- Khi nghiền tinh, mong muốn độ chính xác là 
chủ yếu, chọn giá trị hệ số tỷ số truyền 
12 0,25 0,55k   . 
Trong phần thiết kế và chế tạo, đã xây 
dựng được hệ thống điều khiển số độc lập tốc 
độ hai trục công tác và trục tay quay, dẫn động 
bằng động cơ DC Servo, sử dụng trong mô hình 
máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển số NC 
MB-250. 
Các kết quả nghiên cứu cho khả năng 
điều chỉnh linh hoạt tốc độ trục tay quay và trục 
công tác, nhằm đạt được hệ số tỷ số truyền phù 
hợp với phân bố lượng dư trong từng nguyên 
công, nhằm nâng cao độ chính xác và năng suất 
gia công. 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 70 - 2009 
54 
Một số thông số của hệ thống điều khiển: 
- Giải tốc độ điều khiển: 100-1000 (vòng/phút). 
- Sai số tốc độ điều khiển: 3 (vòng/phút). 
- Công suất động cơ DC Servo: 80 W. 
Hình 9. Hệ thống điều khiển độc lập tốc độ 
quay hai trục động cơ DC Servo. 
Hình 10. Máy NC MB-250, có hệ thống hiển thị 
và điều khiển độc lập tốc độ trục tay quay và 
trục công tác 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Trọng Hùng; Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ chính xác tạo 
hình bề mặt phẳng chi tiết quang khi mài nghiền; Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Bách 
khoa Hà Nội, 2003. 
2. Nguyen Van Khang, Nguyen Trong Hung, Ninh Duc Ton; Improve Processed Surface’s Precision 
of Optical Elements by Grinding under Kinematic Program Control; Technische Mechanik, Band 
28, Heft 2, Page 156-165. Magdeburg, 2008. 
3. М.Н. Семибратов; Технология оптических деталей; Машиностроение. Москва, 1978. 
4. Р.А. Михнев,С.К. Штандель; Оборудовние оптических цехов; Машиностроение. Москва, 
1981. 
Địa chỉ liên hệ: Nguyễn Trọng Hùng – Tel: 0904.143.738 
 Email: nguyentronghung@mail.hut.edu.vn