aula4

PMR2450 - Projeto de Máquinas
Mecatrônica - EPUSP
Sistema de movimentação de
uma máquina CNC
Controlador, drivers e motores
Julio Cezar Adamowski
agosto/2005
Controlador CNC
Modos: manual e automático
Manual: seleciona eixo, define velocidade, movimentação
manual do eixo , define zero peça, define velocidade,
recebe programa*, liga/desliga eixo árvore, etc.
Automático: seleciona programa, executa programa**.
* Recebe programa: o controlador se prepara para receber bloco de
comandos através da RS232
** Execução do programa: interpreta linguagem G, aciona motores de
forma sincronizada (interpolações linear, circular)
Controlador CNC: diagrama de blocos
PC
CAD/CAM
RS232
controlador
CNC
sensores
driver
Motor X
driver
Motor Y
driver
Motor Z
Controlador CNC
Placa de interface com o JackRabbit
Sistema de Movimentação
Mecânica, eletrônica, motores, sensores
Forças inerciais
Forças de usinagem
Velocidades
Motor de passo: malha aberta → 400 passos por volta
Driver do motor de passo
Motor de passo
Configurações dos enrolamentos
Motor de passo: curva torque x velocidade
torque
pull-out
pull-in
J1
J2
inércia da carga
J2 > J1
velocidade (passos/segundo)
Acoplamento motor - carga
Acionamento do motor CC
Sensor de posição: encoder óptico
Motor CC: malha fechada
Esquema de ligações do LM629
velocidade
Aceleração: perfil de velocidade
perfil trapeizodal
tempo
Curva de aceleração:
tabela com intervalo de tempos entre passos
Conversão deslocamento/passo do motor:
p
x=n
400
x = deslocamento (mm)
p = passo do fuso (5 mm/volta)
n = número de passos do motor
Montagem da tabela de aceleração
1
2
θ i +1 = θ i + vi ti +1 + α (ti +1 )
2
Considerando:
2π
∆θ = θ i +1 − θ i =
400
tem-se:
1
2π
2
α (ti +1 ) + vi ti +1 −
=0
2
400
i = 0, 1, 2, 3, ...
onde:
vi = vi −1 + αti
i = 1, 2, 3, ... e v0= 0
Sistema de acionamento: cálculo do torque no motor
Fuso: comprimento l, diâmetro df, passo p, massa mf
momento de inércia de massa Jf
Torque estático devido ao atrito nas guias
[
p
Teµ =
µ g (mm + m p )g + Fcn
2π
]
Torque devido à força de corte
p
T fc =
Fc
2π
onde:
massa da mesa: mm
massa da peça: mp
coeficiente de atrito das guias: µg
força de corte: Fc
componente da força de corte normal à mesa: Fcn
Cargas dinâmicas: inércia da carga refletida no eixo do motor
Inércia do conjunto peça e mesa: Jp
J p = (mm + m p )
p
2π
2
Inércia da carga: Jc
Jc = J f + J p
sendo,
J f = mf
Torque a ser fornecido pelo motor: T
T = α (J r + J c ) + Teµ + T fc
onde, Jr = inércia do rotor do motor
df
2
2
Casamento de inércias
torque total:
J cα c
T = J rα m +
n
ωm αm
motor
Jr
n1
em função de n:
J cα c
T (n) = J r nα c +
n
n ótimo → torque mínimo
J cα c
dT (n)
= J rα c − 2 = 0
dn
n
n=
Jc
Jr
ωc αc
n2
Jc
carga
Redução n = n2/n1
Potência do motor: carga inercial
Jc
α cω c n
Tω m = J r n +
n
Jc
Jc
α cωc n = 2 J cα cωc
Pm = 2 n +
n
n
Pm = 2 Pc
Interpolação linear
(xf, yf)
y
Motor de passo:
(xi, yi)
x
movimento incremental
Menor incremento:
p
∆x =
400
p = passo do fuso ou perímetro da polia
eixo com maior deslocamento:
x f − xi = n∆x
Algoritmo de Bresenham
y
s
t
x
% Interpolacao linear: Algoritmo de Bresenham
% reta do ponto (x1,y1) ao ponto (x2,y2)
dx=abs(x2-x1);
dy=abs(y2-y1);
d=2*dy-dx;
inc1=2*dy;
inc2=2*(dy-dx);
x(1)=x1;
y(1)=y1;
xend=x2;
i=2;
while( x < xend)
if x1 < x2
x(i)=x(i-1)+1; % move motor x horário
else
x(i)=x(i-1)-1; % move motor x anti-horário
end
if d<0
d=d+inc1;
y(i)=y(i-1);
else
y(i)=y(i-1)+1; % move motor y
d=d+inc2;
end
i=i+1;
end