Nghiên cứu thiết kế, tính toán và chế tạo mô hình máy phay cnc 4 trục ứng dụng trong gia công nhôm và kim loại màu

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KỸ THUẬT THANH PHO HO CHi MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÁP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIET KE, TINH TOAN VA CHE TAO MO HINH MAY PHAY CNC 4 TRUC UNG DUNG

TRONG GIA CONG NHOM VA KIM LOAI MAU

MA SO: T2015 - 02GVT

Trang 2

Aig? = P52)

THANH PHO HO CHi MINH KHOA CO KHi MAY

BAO CAO TONG KET

DE TAI KH&CN CAP TRUONG

NGHIÊN CỨU THIẾT KÉ, TÍNH TỐN VÀ CHÉ TẠO MƠ HÌNH MAY PHAY CNC 4 TRỤC ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG

NHÔM VÀ KIM LOẠI MÀU Mã số: T2015 -02GVT

Chủ nhiệm đề tài: ThS ĐẶNG MINH PHỤNG

Trang 3

Chữ ký : lĩnh vực chuyên môn thê được giao

Bộ môn CNCTM, Khoa | - Nghiên cứu, thiết kê, tính CKM, Trường Đại học | toán và chế tạo mô hình máy

1 DANG MINH Su Phạm Kỹ Thuật Tp | CNC 4 trục ứng dụng trong

Trang 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

THANH PHO HO CHi MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc DON VỊ CƠ KHÍ MÁY

Tp HCM, Ngày 23 tháng 1Ì năm 2015 THƠNG TIN KÉT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KÉ, TÍNH TỐN VA CHE TAO MƠ HÌNH MÁY

CNC 4 TRỤC ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG NHÔM VÀ KIM LOẠI MÀU

- Mã số: T2015-03GVT

- Chủ nhiệm: ThS Đặng Minh Phụng,

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện: Từ tháng 12 năm 2014 đến tháng 12 năm 2015

2 Mục tiêu:

- Tìm hiểu tổng quan về máy phay CNC 3 trục, 4 trục

- Tìm hiểu về động cơ bước, phần mềm diều khiển máy, hệ thống điều khiển hở

- Đề xuất phương án thiết máy phay CNC 4 trục

- Thiết kế, tính toán và chế tạo máy phay CNC 4 trục ứng dụng trong gia công nhôm và kim loại màu

3 Tính mới và sáng tạo:

- Đề xuất phương án thiết máy phay CNC 4 trục sử dụng chương trình Mach3 ứng dụng trong

gia công nhô và kim loại màu

4 Kết quả nghiên cứu:

- Kết quả thử nghiệm cho thấy máy phay CNC 4 trục hoạt động tốt, chỉ tiết gia công đạt độ

chính xác 0,02 mm

5 Sân phẩm:

- May phay CNC 4 trục ứng dụng trong gia công nhôm và kim loại màu phục vụ cho đào tạo

- Bải báo đăng trên Hội nghị Khoa học - Cơng Nghệ tồn quốc về cơ khí lần thứ TV 2015 6 Hiệu quã, phương thức chuyỄn giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Kết quả thử nghiệm cho thây máy phay CNC 4 trục hoạt động tốt, các chỉ tiết gia công đạt độ

chính xác 0,02 mm Kết quả này sẽ là kết quả tham khảo tốt cho việc phát triển lên máy phay CNC 5 trục, giúp nâng cao quá trình tự động hóa và gia công được các biên dạng phức tạp - Kết quả nghiên cứu máy phay CNC 4 trục ứng dụng trong gia công nhôm và kim loại màu phục vụ cho công tác nghiên cứu, giảng dạy trong các trường dại học, cao dằng, trung cấp,

- Chuyển giao cho các cơ sở gia công các chỉ tiết cơ khí không cần độ chính xác cao,

ƒ Trướng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài

(ky, ho, ya te (ky, ho va tén z J

ae

a ThS Dang Minh Phung

Trang 5

1 General information:

Project title: RESEARCHING DESIGN, COMPUTING AND MANUFACTURING 4-

AXIS CNC MILLING MACHINE APPLIED TO MANUFACTURE ALUMINUM AND FERROUS METALS

Code number: T2015-03GVT

Coordinator: MSc Dang Minh Phung

Implementing institution: University of Technology and Education Ho Chi Minh City

Duration: from December 2014 to December 2015 2 Objective(s):

- Learn out an overview of 3 — axis, 4 — axis CNC milling machine

- Learn about step motor, control software, apen loop control system,

- Propose mechanical design of 4 — axis CNC milling machine

- Researching design, computing and manufacturing 4 — axis CNC milling machine applied to manufacture aluminium and ferrous metals

3 Creativeness and innovativeness:

- Propose mechanical design and manufacture 4 — axis CNC milling machine using Mach3

software to manufacture aluminium and ferrous metals 4 Research results:

- The 4— axis CNC milling machine worked well and the manufacturing components achieved precision of 0.02 mm

5 Products:

~a4-—axis CNC milling machine

- An article published on the 4 ™ National Conference on Mechanical Science — Technology,

HCM City, November 06, 2015

6 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

- The results of the research into the 4-axis CNC milling machine will be a good reference to develop 5-axis CNC milling machines, improve the level of automation and manufacture complex shapes

- The results of the research into the 4-axis CNC milling machine will apply into researching, teaching in universities, colleges and vocational schools

Trang 6

T2015—03GVT

TOM TAT

NGHIÊN CUU THIET KE, TINH TOAN VA CHE TAO MO HiNH

MAY CNC 4 TRUC UNG DUNG TRONG GIA CONG NHÔM VA KIM LOẠI MÀU

Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời ngày càng nhiều Chỉ xét riêng lĩnh vực gia công cơ khí, hàng loạt máy CNC ra đời, máy

CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, trung tâm gia công, máy CNC cao tốc nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao Ngoài ra máy CNC

còn có các ưu điểm như: sự linh hoạt, khả năng tự động, độ chính xác cao, gia công những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng chỉ với một tập tin mã lệnh G-Code

nhập cho máy

Tuy nhiên giá thành nhập khẩu máy phay CNC 4 trục vẫn còn cao Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phay CNC 4 trục với kích thước nhỏ gọn và giá thành thấp nhưng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, góp phần vào việc từng bước giải mã và làm chủ công nghệ chế tạo máy phay CNC 4 trục, từng bước thay thế các thiết bị nhập

ngoại giá thành cao phục vụ trong việc đào tạo nghề cho các trường trung cấp, phục vụ

cho việc nghiên cứu, giảng dạy trong các phòng thí nghiệm của các trường đại học, cao

đẳng cũng như nhận gia công một số sản phẩm không cần độ chính xác cao như khuôn

mẫu (có độ chính xác không quá cao), chỉ tiết cơ khí, sản phẩm nữ trang, sản phẩm điêu khắc, từng bước thử nghiệm, nâng cao độ cứng vững và độ chính xác của máy Bài báo

này trình bày các kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phay CNC 4 trục được thực hiện tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hê Chí Minh

Máy phay CNC 4 trục sau khi chế tạo có kích thước 862 x 912 x 1037 mm, có khả

năng gia công các hình dạng phức tạp (phay, khoan, khắc) trên vật liệu nhôm, kim loại

Trang 7

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tỉnh hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc Ï 1.1 Ngoài nước 1.2 Trong nước 2 Tính cấp thiết của đề t

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiỄn co 0111112122122 1E Eerree 5

4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 5, Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu 5.2 Phạm vi nghiên cứu 6.1 Cơ sở phương pháp luận

6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

CHUONG 1: CO SG LY THUYET

1.1 Khai quat vé may CNC

1.1.1 Vài nét sơ lược về máy CNC

1.1.2 Cau tao chung và quy ước máy CNC 1.1.3 Các kiểu hệ thống điều khiển

1.2 Động cơ bước

1.3 Vitme — dai dc

1.4 Thanh trượt bi

2.1 Lựa chọn phương án di chuyển cho X, Y, Z

2.2 Lựa chọn kiểu điều khiển

2.3 Lựa chọn vitme - đai ốc

2.4 Lựa chọn cơ cầu dẫn hướng,

2.5 Lựa chọn bộ truyền và khớp nồi trục

2.6 Lựa chọn động cơ

2.6.1 Động cơ truyền động cho trục X, Y, Z 3.1.1 Biến áp iscccrkierkrceecrrer

3.1.2 Công kết nối song song 25 chân (Paraile] port) "

CHƯƠNG 4: THIET KE, TÍNH TỐN MƠ HÌNH MÁY PHAY CNC 4 TRUC 53

4.1 Mô hình thiết kế máy phay CNC 4 trục

4.1.3 Thiết kế trục Y “

4.3 Lựa chọn, tính tốn thanh trượt bi ©:111 1811111121211 e 64

4.4 Tính toán, lựa chọn vítme - đai ốc bị

4.5 Tính toán, lựa chọn động cơ bước

Trang 8

T2015 —03GVT

4.6 Tính toán, lựa chọn động cơ trục chính

CHƯƠNG 5: CHE TAO VA LAP RAP

5.1 Các chỉ tiết cần gia công 5.2 Hình ảnh gia công thực CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ 6.1 Hướng dẫn sử dụng máy

6.2 Gia công sản phẩm và đánh giá

KET LUAN VA KIỀN NGHỊ

Trang 9

DANH MUC CAC CHU VIET TAT

APT: Automatically Programmed Tool

CNC: Computeized Numerical Control CAD: Computer Aided Design

CAM: Computer Aided Manufacturing CIM: Computer Intergrated Manufacturing

Trang 10

Mở đầu MỞ ĐÀU 1 Tông quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài 1.1 Ngoài nước

Máy CNC tự chế rất đa dạng về hình dáng, kết cấu, kích thước và vật liệu chế tạo Dưới đây là một số mẫu máy CNC tự chế

Hình 1 Máy CNC tự chế

Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên

tục như các máy công cụ Điều khiển số được thực hiện từ thế ki XIV Khi ở Châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tâm tôn dục lỗ để diều khiển tự động các ˆ máy dệt, Nam 1863, M Fourneaux phat minh ra dan Piano nỗi tiếng thế giới Với băng giấy đục lỗ làm vật mang tin

Năm 1938, Claud E Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận rằng việc

tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân

Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett (Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “Một hệ thống điều khiển dành cho

máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chúc năng gia công chỉ tiét” theo hop dang cha

không lực Hoa Kỳ

Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên đề

cơ bản sau:

1 Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lễ

Trang 11

3 Những vị trí đã được đọc ra được điển lạ tục truyền đi và được bỗ ưng thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại

4 Các động cơ servo (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động các trục

Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên ra đời mang tên là “Cincinnate

Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp, Đơn vị điều

khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận đữ liệu

thông qua băng đục lỗ mã nhị phân

Năm 1954, Bcndix mua bản quyển phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị

điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn đùng bóng đèn điện từ chân không Năm 1958, “Công cụ lập trình tự động GŒ Code” APT (Automatically Programmed

Tool) ra đời Đánh đấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy

1.2 Trong nước

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và ít người biết đến nó

Bắt dầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: Dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn w” Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường — lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngoài

Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các dây chuyên sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyên là các máy CNC

Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thê nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta Do vậy, việc đây mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và ngành chế tạo may nói riêng

Trang 12

Mỡ dầu Hình 2 Máy phay CNC ĐHBK TPHCM Hình 3 Máy phay CNC ĐHBK HN L

Bên cạnh các máy CNC được chế tạo với mục đích giảng dạy trong các trường học,

Trang 13

2 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời ngày càng nhiều Chỉ xét riêng lĩnh vực gia công cơ khí, hàng loạt máy CNC ra đời,

may CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy CNC cao tốc nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng

như chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao

Hinh 8 May CNC VMC 850 Hình 9 Máy tiện CNC Proton 660

Hình 10 Máy CNC 4 trục RMX 2100 Hình L1 Máy CNC 5 trục tốc độ cao

Chính vì sự kỳ diệu của máy CNC (như gia công được những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tự động hóa sản xuất chỉ với một tập tin mã lệnh nhập cho

máy), một bộ phận giảng viên, sinh viên, kỹ sư cơ khi đã nghĩ đến việc chế tạo mô

hình mô phỏng những hoạt động của máy CNC hiện đại, với kích thước nhỏ gọn và

giá thành thấp nhưng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng được nhu cầu nghiên

cứu, học tập, làm chủ công nghệ cũng như nhận gia công một số sản phẩm không cần

độ chính xác cao như sản phẩm điêu khắc, sân phẩm gỗ tại nhà, từng bước thử nghiệm

và nâng cao độ chính xác của máy Từ ý tưởng muốn nghiên cứu và từng bước chủ

công nghệ chế tạo máy CNC 4 trục, 5 trục bổ sung kiến thức nhằm phục vụ cho việc giảng dạy môn Máy và hệ thống điều khiển số Vì vậy, tác giả đã chọn đề tài

Trang 14

Mở đầu

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu, chế tạo máy CNC đòi hỏi các kiến thức tổng hợp về cơ khí, điện tử, tin

học Đây cũng là cơ hội để tác giả nghiên cứu, tìm hiểu về những máy CNC hiện đại để từ đó chế tạo ra máy CNC phù hợp với khả năng và nhu cầu sử dụng, đồng thời bổ sung

kiến thức nhằm phục vụ cho việc giảng dạy môn Máy và Hệ thống điều khiển số

Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục vụ cho nghiên cứu, giảng đạy hoặc gia công nhôm và kim loại màu dùng trong trang trí, đồ lưu niệm và có thể gia công các chỉ tiết lắp ráp không yêu cầu độ chính xác quá cao

4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài -

- Tim hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo, cách truyền động và các phần mềm điều

khiển điều khiển mã nguồn mở máy phay CNC

- _ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục

- Code chương trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm, thử nghiệm và đánh giá độ chính xác của máy

5 Déi tượng và nhạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu

- May phay CNC 4 truc, sir dung hệ thống điều khiển hở - Phan mém diéu khién Mach3

- Phan mém thiét ké, tinh toan, mô phỏng (Inventor Professional 2014) - _ Động cơ bước và phương pháp truyền động

5.2 Phạm vi nghiên cứu

- May phay CNC 4 trục ứng dụng trong gia công nhôm và kim loại màu

- Dam bao các yêu cầu đặt ra như sau:

+ Không gian làm việc của máy: 400x 320 x 300 mm

+ Sai số cho phép: 0.02 mm 6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Cơ sở phương pháp luận

Căn cứ yêu cầu điều khiển về máy phay CNC 4 trục, tiến hành phân tích, đề xuất

thiết kế, tính toán và chế tạo, thực nghiệm

6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

=_ Khảo sát thực tiễn: tìm hiểu về máy phay CNC 4 trục

Trang 15

CHƯƠNG 1: CO SO LY THUYET

1.1 Khái quát về máy CNC

1.1.1 Vài nét sơ lược về máy CNC

Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các

máy công tác (máy công cụ, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chỉ tiết gia công, sản

phẩm ) trong đó các chuyển động điều khiển được sân ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã nhị phân Nó được biểu điễn dưới dạng các con số thập phân, các chữ

cái và ký hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ

thống

Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo

chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ

lực Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH - KT nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã tạo điều kiện cho quá trình gia công với sự trợ giúp của máy tính

'Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khói lượng gia công chỉ tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời cho phép rút ngắn được chu kỳ sản

xuất Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi công nghệ mới

này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chỉ

tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao

Trong thời gian đó, ngành công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế

tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc,

chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về ngành chế tạo máy của chính họ Đồng thời, họ

cũng phải suy nghĩ xem kỹ thuật công nghệ mới nảy có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài

toán cắt gọt kim loại như: khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng không nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa

cồng kênh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền

Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát

triển Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc

Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80 với sự phát triển của công nghệ vi xử lí

Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị diễu khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một

bước nhảy khổng lŠ trong lĩnh vực diều khiển số Từ các máy điều khiển số NC trở thành

những máy điều khiển số CNC (Compufeized Numerical Control) tức là những máy công cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính Mặc khác, cùng với những môđun điện tử

dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính

Trang 16

Chuong 1: Co sở lý thuyết

này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau mà không làm ảnh

hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng Nhưng nếu một bộ

vi xử lí nào đó tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năng yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm vào đơn vị xủ lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử đụng song song hoặc luân phiên cho những nhiệm vụ đặc biệt

Từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục

bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các máy

CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các trung tâm gia công DNC

(Direct Numerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí,

sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất Và cũng dựa trên nền công

nghiệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không

ngừng bởi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới Nhằm thoả mãn về

nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt

Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM

(Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ thống sản xuất linh

hoat FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo, gia công chỉ tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergrated

Manufacturing)

Ngày nay máy CNC còn được dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và

nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kế, Trong tương

lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ

được phát huy trong chiến lượt gia công toàn cầu Trong đó, dòng thông tin được thu

phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tỉnh, đảm nhiệm vụ liên kết giữa nhu cầu thị trường _ đơn đặt hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ trong mạng liên

thông toàn cầu WAR (World Area Netword)

1.1.2 Cấu tạo chung và quy ước máy CNC

Phân điều khiển Phần chấp hành

Chương trình điều khiển Phôi

- Chuyển động

- Vận tốc

Sn phi Các cơ sầu May cit

eu khien điều khiên “itd kim loai

- PK tay - Báo lỗi

~ ĐK tự động

Tinhiéu Màn hình Chỉ tiết gia công

Trang 17

Máy gồm 2 phần chính:

a) Phần điều khiển: gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển

Chương trình điều khiển: chương trình được mã hóa dưới dạng số và ký hiệu chứa

lệnh chuyển động và hoạt động của máy

Các cơ cấu điều khiển nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết đề có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm các cơ cấu đọc, giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội Suy, cơ cấu so sánh, cơ cầu khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo

vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu

b) Phần chấp hành: gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vẫn đề tự động hóa như các cơ cầu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, vận chuyển phôi

Cũng như các máy cắt kim loại khác đây là bộ phận cắt kim loại tạo hình chỉ tiết Tùy theo khả năng công nghệ của máy mà bao gồm các bộ phận: hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục chính, ô chứa dao, các tay máy

Kết cầu từng bộ phận chính như máy vạn năng thông thường, tuy nhiên có một vài khác biệt để đảm bảo cho quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính Xác, năng suất và mở rộng khả năng công nghệ của máy

-_ Hộp tốc độ: phạm vi điều khiển tốc độ lớn thường là truyền động vô cấp, trong đó sử

` dụng các ly hợp điện từ dễ thay đổi tốc độ được dễ đàng

- Hộp chạy dao có nguồn dẫn động riêng thường là động cơ bước, sử dụng phương

pháp khử khe hở của bộ truyền vitme - đai ốc bi

- _ Thân máy cứng vững, kết cầu hợp lý để đễ thoát phoi, thay dao tự động

Trong các máy CNC có thể sử dụng các đạng điều khiển thích nghi khác nhau đảm bảo

một hay nhiều thông số tối ưu như thành phần lực cắt, độ ồn, độ rung, chế độ cắt

** Quy ước hệ tọa độ của máy CNC:

Hình 1.2 Hệ tọa độ máy CNC

Ba trục chuyển động chính của máy CNC ký hiệu là X, Y, Z Trục Z, vuông góc với 2

trục còn lại và tạo nên hệ trục tọa độ vuông góc theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.3) Trục Z thường được quy ước trùng với trục chính Chiều dương là chiều dụng cụ cắt rời xa

Trang 18

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

khỏi chỉ tiết Chiều quay đương cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ gốc tọa độ Trục X

thường được chọn là trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất Trục Y là trục vuông

góc với 2 trục còn lại theo qui tắc bàn tay phải Ze ee „l4 2 Ay ⁄ a“ - xt

Hình 1.3 Qui tắc bàn tay phải

Bên cạnh 3 trục tịnh tiến X, Y, Z, ba trục quay của máy ký hiệu A, B, C: chuyển động

xoay quanh trục % là trục quay thứ nhất ký hiệu bằng chữ A, chuyển động quay quanh Y ký hiệu B, chuyển động quay quanh trục Z ký hiệu chữ C

Hệ tọa độ chuẩn:

* Điểm gốc của máy M (Machine Reference Zero)

Quá trình gia công trên máy điều khiển số được thiết lập bằng một chương trình biểu diễn mối quan hệ giữa đao và chỉ tiết Do vậy để đảm bảo độ chính xác gia công thì các

chuyên động của đao phái được so sánh với điểm gốc của máy M Điểm M là điểm giới

hạn vùng làm việc của máy Nó được các nhà chế tạo qui định

Ở máy phay thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bản máy

*Điểm chuẩn của may R (Machine Reference Point)

Là điểm mà toạ dộ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và cũng do

các nhà chế tạo qui định

Hình 1.4 Các điểm gốc và điểm chuẩn

* Điểm zero của phôi W (Workpiece Zero Point)

Trang 19

Đối với chí tiết phay người ta thường chọn điểm W tại điểm góc ngoài của đường viền

chỉ tiết

* Điểm gốc của chương trình P (Programmed)

Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt (hình 2.5)

Hi)

Hình 1.5 Các điểm gốc của chương trình P

Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh hưởng đến chỉ

tiết và đồ gá)

* Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N

Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao Thường khi gá đao trên máy thì điểm T trùng với điểm N (hình1.6)

Hình 1.6 Điểm chuẩn ga dao T và điểm ga dao N 1.1.3 Các kiểu hệ thống điều khiển

$ Hệ thống điều khiển hở: sử dụng động cơ bước Sử dụng động cơ bước là cách

đơn giản để chuyển các xung điện thành lượng đi chuyển tỉ lệ và cung cấp một giải pháp tương đối rẻ tiền cho việc điều khiển máy Bởi vì điều khiển hở nên không cần

bộ dò và mạch điện phản hỏi, nên cấu trúc điều khiển rất đơn giản

Trang 20

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

+» Hệ thống điều khiển vòng kín: sử dụng các động cơ servo Hệ điều khiển nay do

lường vị trí và tốc độ thực của động cơ và đem các giá trị này so sánh với giá trị mong

muốn thông qua đường hồi tiếp Nếu tín hiệu so sánh khác nhau thì tiếp tục điều khiển

động cơ cho đến khi giá trị hai tín hiệu bằng nhau Linear scale co Taole Position SS |==i coutecller (NC controller) K Servo mm Ball screw Ậ | (Reducion gear) Hình 1.8 Điều khiển vòng kín 1.2 Động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa

số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu diều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các

chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các

vị trí cần thiết

Về hoạt động, động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay

theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển Chúng làm việc nhờ các

bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số

nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như

chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển

đôi

Động cơ bước gồm 3 loại chính: Động cơ bước từ trở biến đổi (Variable — Reluctance stepper motor), động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Permanent Magner

stepper motor), động cơ bước kiểu lai (Hybride stepping motor)

> Động cơ bước từ trở biến đổi: Có rôto làm bằng thép non có khả năng dẫn từ cao

và các cuộn day cua stato đối xứng nhau qua rôto có cùng cực tính Động cơ này hoạt

động trên nguyên tác: Khi cấp điện cho một cuộn dây pha, từ trở trong động cơ lớn,

mômen từ tác dụng làm quay rôto sao cho từ trở đạt giá trị nhỏ nhất, khi đó mômen bằng không, động cơ dừng lại Tiếp tục cấp điện lần lượt cho các cuộn pha thì động cơ

sẽ hoạt động liên tục theo một chiều nhất định Đảo chiều chuyển động bằng cách dao

ngược thứ tự cấp điện cho các cuộn dây pha Nhược điểm của loại động cơ này là rôto làm bằng thép non và khi mất điện rôto không có từ dư nên nó sẽ quay tự do dưới tác dụng của tải

Trang 21

Hình 1.9 Động cơ bước biến từ trở

> Động cơ bước nam châm vĩnh cửu: Có rôto là nam châm vĩnh cửu, stato là các cuộn dây pha với đặc điểm hai cuộn dây đối diện nhau khác cực tính Đây là điểm khác biệt cơ bản giữa động cơ bước loại biến từ trở và nam châm vĩnh cửu Khi cấp điện cho một cuộn dây pha, cuộn dây đó trở thành nam châm điện, chính tương tác từ giữa nam châm điện này và nam châm vĩnh cửu của rôto làm cho rôto quay đến vị trí

thích hợp Muốn động cơ quay liên tục thì cấp ngắt điện luân phiên các cuộn dây pha

Hình 1.13 mô tả khá chỉ tiết cách thức hoạt động của loại động cơ này Động cơ bước nam châm vĩnh cửu được chia làm 3 loại nhỏ là động cơ đơn cực, động cơ lưỡng cực và động cơ nhiều pha Chỉ tiết về các loại động cơ này sẽ được trình bày chỉ tiết ở C Ũ Tà “ii ~~ B Step 1 H Step 2 — Pn phan tiép theo Pama ]—A fi a ~(o cu “Ue cũ Step 3 rh

Hình 1.10 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu

> Động cơ bước lai: Có đặc trưng cấu trúc của cả hai loại động cơ biến từ trở và nam

châm vĩnh cửu Rôto của động cơ kiểu lai chia làm 2 đoạn, trục làm bằng nam châm

vĩnh cửu và 2 rôto làm bằng thép non, tương ứng với 2 đoạn stato là các cuộn dây, trục

rôto được đặt lên hai ổ bi như hình 1.14

Trang 22

Chương 1: Co sở lý thuyết Rotor Potes ‘Stator Poles wl hela) Shafts

Stator Coils ‘Shaft Bearing Hình 1.11 Động cơ bước lai

s* Động cơ bước nam châm vĩnh cửu:

+ Động cơ bước đơn cực là một dạng động cơ nam châm vĩnh cửu có sơ đỗ đấu

dây như hình 1.15 với một đầu nỗi trung tâm trên các cuộn dây Khi sử dụng, các đầu nối trung tâm đấu với cực đương của nguồn cấp và hai đầu còn lại nối đất để đảo chiều

từ trường tạo bởi cuộn dây Loại động cơ này có thể là 6 dây (hoặc 5 dây- nhập 2 dây power 1 và power 2 thành 1 dây duy nhất) và loại 8 đây Power 2 Power a” Unipolar Connection Blead ao Bs Black “2p Yellow, C) 4 Orange 1b "la 2 Green = fal vs tu

Hình 1.12 Động cơ bước đơn cực Hinh 1.13 Loại đơn cực 8 dây Nguyên lý hoạt động được mô phóng bằng hình 1.15 ở đây các cực của cuộn day tao ra

bằng cách lần lượt cấp xung như sau: la, 2a, Ib, 2b thì động cơ quay hết một vòng với

mỗi bước là 909

+ Động cơ bước lưỡng cực có cấu trúc và nguyên lý hoạt động giống như động cơ đơn

cực, tuy nhiên hai mấu của cuộn dây đấu đơn giản hơn, không có đầu trung tâm (hình

1.17) Động cơ thì đơn giản hơn nhưng mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực thì phức

tạp hơn Nói chung về nguyên tắc điều khiển thì tương tự động cơ đơn cực, bằng cách

cấp xung lần lượt cho các pha Tuy nhiên khác với động cơ đơn cực là dòng điện chỉ chạy

theo một chiều nhất định qua các cuộn dây, còn đối với động cơ lưỡng cực phải đáo chiều dòng điện chạy qua cuộn dây để đảo cực từ Để điều khiển động cơ lưỡng cực thường dùng dạng cầu H cho mỗi pha (trình bày ở mục AZqch điều khiển cho động cơ lưỡng cực - mạch câu H)

Trang 23

Hình 1.14 Động cơ bước lưỡng cực

Động cơ lưỡng cực thường có loại 4 đây, 6 đây va 8 day (hình 1.15) Đối với loại lưỡng cực 8 dây thì có 2 dạng: Mắc ni tiếp và mắc song song Dạng mắc nối tiếp có cuộn dây với độ tự cảm cao hơn nhưng dòng điện có cường độ thấp hơn, đối với dạng

mắc song song thì ngược lại 8 Load 8 Load Bipolar (Series) Connection Bipolar (Parallel) Connection Buck 6 lead Bipolar (Series) Connection Black (4) ite: = C) Yellow, C) Groon (6) ng Grean Rad NG ne Red (da @ @ 0)

Hình 1.15 Động cơ lưỡng cực loại 6 day va 8 day

+ Động cơ nhiều pha:

Soe ry 24

5 2

Hình 1.16 Động cơ nhiều pha

Một bộ phận không được phổ biến là động cơ nam châm vĩnh cửu nhiều pha với các cuộn dây mắc nối tiếp nhau thành một vòng kín hình 119 phổ biến là dạng

3 pha và 5 pha

Bộ điều khiển cần nửa cầu H cho mỗi một đầu ra của động cơ, những động cơ này

có thể cung cấp mômen xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bước khác cùng kích thước

Một vài động cơ 5 pha có thể xử lý cấp cao để có được bước 0.720 (500 bước mỗi vòng)

Trang 24

Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.3 Vitme - đai ốc

Trong thực tế có 2 dạng vitme được sử dụng phổ biến: Vitme - đai Ốc tiếp xúc mặt hay còn gọi là vitme - đai Ốc thường và vitme - đai ốc bỉ (hình 1.20)

Vitme - đai ốc thường có cầu tạo gdm một trục có ren va dai ốc Đai ốc được cầu tao sao cho ăn khớp với ren của trục vít để có thể truyền động, khi trục vít quay sẽ làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vít Vitme quay được một vòng thì đai ốc di chuyển được một khoảng đúng bằng khoảng cách bước ren

Hinh 1.17 Vitme bi

Vitme - dai ốc bi có cầu tạo gồm: trục vitme, dai ốc, bì và khe hồi bị (hình 1.21) Bề

mặt ren của trục vitme được tôi cứng và hoạt động trên những viên bỉ đỡ Chính nhờ những viên bi này mà ma sát trượt trên vitme - đai ốc thường được thay thé bang ma sát lăn trên vitme - dai dc bi Két quả là ma sát nhỏ hơn và hiệu suất vitme - đai ốc bi trên 90%,

vítme khe hồi bi i

Hình 1.18 Cau tao vitme bi

Vitme - đai ốc bí được thiết kế để khử khe hở và điều chỉnh sức căng ban đầu Có

3 phương pháp được áp dụng:

+ Trên mỗi phần đai ốc thiết kế dạng mặt bích, liên kết hai phần này với nhau thông qua mỗi ghép ah khử khe hở bằng cách đặt tắm đệm giữa hai phan dai ốc (hình 1.22) Cách này có kết cấu đơn giản nhưng khó điều chỉnh

+ Cố định phần đai ốc trái, điều chỉnh lực lò xo tác dụng lên phần đai ốc phải thông

qua các tắm đệm (hình 1.23)

Trang 25

+ Khủ khe hở bằng vành răng (hình 1.24) khi xoay hai phan dai ốc sẽ quay hai góc khác nhau, nhờ đó khe hở và sức căng được điều chỉnh đệm điều chỉnh sức căng ~ ij oem SE TP EEN a ' V c c ` ™16 x0 dai 6c trái đà ốc phải Hình 1.19 Khử khe hở bằng tắm đệm _ Hình 1.20 Khử khe hở bằng lò xo vành răng

Nônh răng ngoài

Hinh 1.21 Khử khe hở bằng vành răng

1.4 Thanh trượt bỉ

Trong các hệ thống máy móc, các thanh trượt có nhiệm vụ chính là dẫn hướng chuyển động Có rất nhiều dang thanh trượt được sử dụng, tuy nhiên đối với máy CNC

Trang 26

Chương 2: Ý tưởng và giải pháp thiết kế

Cấu tạo của thanh trượt bi gồm có: thanh ray (thanh dẫn hướng), ô trượt, bi, rọ chứa bị,

rãnh chứa bì

Khi tác dụng lực lên Š trượt đọc theo chiều thanh dẫn thì có sự chuyển động tương đối giữa ô trượt và thanh ray nhờ vào chuyển động lăn của các viên bỉ tiếp xúc giữa ỗ trượt

và thanh dẫn Chính nhờ những viên bi này cùng với lớp mỡ bôi trơn (hình 1.23) mà

giảm đáng kể lực ma sát, làm cho chuyển động trượt được dễ dàng

Ngoài ra còn có loại thanh trượt thường cũng gồm 2 phần chính là ỗ trượt và thanh dẫn, tuy nhiên không có bi trong ỗ trượt như thanh trượt bi Do vậy, ma sát được hình

thành khi có chuyển động là ma sát trượt - lớn hơn nhiều so với ma sát lăn trong thanh

trượt bị

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KÉ

2.1 Lựa chọn phương án di chuyển cho X, Y, Z

Căn cứ vào khả năng chuyển động của bàn máy CNC có thể chia làm 3 loại mô hình

máy CNC như sau:

+ Bàn máy đứng yên (hình 2 1a)

+ Bàn máy di chuyển theo một phương Y (hình 2 1b)

+ Bàn máy đi chuyển theo hai phương X, Y (hình 2 1e)

a) b) c)

Hình 2.1 Các kiểu mô hình CNC

Mỗi loại kết cầu máy CNC trên đều có những ưu - nhược điểm riêng, tùy vào nhu cầu chế

tạo mà lựa chọn kiểu mô hình phù hợp

+ Loại bàn máy đứng yên - loại 1 (hình 2.1a):

Đối với loại kết cấu này thì chỉ có phần đế của máy CNC gồm bàn máy và cơ cau

mang động cơ trục Y thì được lắp cố định Phần di động gồm có ô trục Z và ổ trục X

Trang 27

Ưu điểm lớn nhất của kết cấu này đó là không gian bàn máy lớn, có thể gia công được

vật thể có kích thước xấp xỉ vùng chuyển động của các trục, vượt trội 2 loại mô hình trên Kết cấu máy loại này có phần di động lớn nên có thể mất cân đối giữa phần động và phần tĩnh từ đó làm cho máy bị rung, lắc trong quá trình chuyên động Để khắc phục van đề đó có thể gia tăng khối lượng của bàn máy

Hầu hết các máy CNC tự chế đều thiết kế theo phương án này

Loại bàn máy di chuyển theo một phương - loại 2 (hình 2.1b):

Cơ cấu mang động cơ trục chính sẽ trượt đọc theo trục Z thẳng đứng và toàn bộ ỗ đỡ trục Z thì di chuyển trên trục X Bàn máy thì di chuyển theo phương Y Cơ cấu mang

động cơ trục X và Y được lắp cố dịnh vào khung máy

Nếu thiết kế mô hình theo kiểu nay thi sé làm trục X chịu tải trọng lớn từ trục Z và có xu hướng bị lật và như vậy sẽ làm giảm độ chính xác khi gia công

4 Loại bàn máy di chuyển theo ca 2 phương - loại 3 (hình 2 1e):

Phan di dong gồm có ban may (di chuyên theo 2 phương X, Y trên một mặt phẳng nằm ngang) và ỗ đỡ chứa động cơ trục chính (di chuyển theo phương thăng đứng) Các cơ cấu lắp động cơ trục X, Y, Z dược cố định vào khung máy

Khi thiết kế máy theo kiểu này thì trục chính ít bị rung hơn so với trường hợp 2 vì trục

chính nó chỉ chuyển động theo một phương Ngoài ra kết cấu kiểu này sẽ làm bàn máy

linh hoạt hơn trong quá trình chuyển động và khả năng chịu tải của bàn máy cũng không

hề giảm so với trường hợp 2

Nhìn chung kết câu máy CNC loại này ta thấy nó rất giống với máy phay cơ ở các xưởng sản xuất, một loại máy được sử dụng rất thịnh hành từ xưa đến nay

“Tóm lại, sau khi so sánh ưu - nhược điểm giữa 3 loại mô hình, tác giả đề xuất chọn mô

hình may CNC loại 3 - bàn máy di chuyên theo 2 hướng 2.2 Lựa chọn kiểu điều khiến

Điều khiển máy CNC có thể sử dụng kiểu điều khiển vòng kín với động cơ servo có

hồi tiếp được sử dụng nhiều trong các máy CNC hiện đại và đòi hỏi độ chính xác cao

Ngoài ra, kiểu điều khiển vòng hở với động cơ bước không cần hồi tiếp dành cho các hệ

thống đơn giản, không quá khắc khe về độ chính xác và đương nhiên giá thành cũng, thấp hơn so với các hệ thống điều khiển vòng kín

Đối với đề tài chế tạo mô hình máy CNC thì thích hợp nhất là sử dụng động cơ bước với điều khiển vòng hở vừa tiết kiệm chỉ phí đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu về độ chính

xác Bên cạnh đó, còn một lý do quan trọng khác là phần mềm điều khiên Mach3 không hỗ trợ điều khiển vòng kín #:

Trang 28

Chương 2: Ý tưởng và giải pháp thiết kế

2.3 Lựa chọn vitme - đai ốc

Vitme - đai Ốc được sử dựng trong mô hình máy CNC nhằm biến đổi chuyển động

quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của tải Có 2 loại vítme - dai ốc được sử

dung dé la vitme - đai Ốc bi và vitme - đai Ốc thường

+ Căn cứ vào cấu tạo thì việc chế tạo vít me-đai ốc bi đồi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao,

phức tạp hơn nhiều so với vit me - dai éc thường

+ Giá thành của vítme - đai ốc bi cao hơn nhiều so với vítme - dai ốc thường,

Hình 2.3 Vitme - dai ốc bi

+ Nhờ có chuyển động lăn trên các viên bi mà ma sát trên vítme - đai ốc bỉ nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát trên vítme - đai ốc thường, do đó việc truyền động dễ

dàng hơn hay mômen cần thiết để quay vít me bi sẽ nhỏ hơn mômen cần cung cấp

cho vítme thường

+ Trong vítme bị có kết cấu làm giảm khe hở, tạo sức căng ban đầu Nói chung,

khe hở của vitme bi nhỏ hơn so với vitme thường nên sẽ giảm rung động khi truyền động cho tải

+ Hiệu suất truyền động của vítme - đai Ốc bỉ cao hơn vítme thường (vítme bỉ trên 90%)

+ Vitme - đai ốc bi đảm bảo chính xác khi làm việc lâu đài

+ Vitme - đai ốc bi có lực ma sát nhỏ và ôn định, gần như không phụ thuộc vào tốc độ

Trang 29

1 vitme thường (0

mô hình vitme thường

mô hình vitme bị baal v

Tình 2.4 Quan hệ giữa hệ số ma sát và tốc độ (vitme thường và vitme bi)

Quan sát trên đồ thị, đối với vítme thường (ma sát bề mặt), khi mới khởi động thì hệ số

ma sát sinh ra rất lớn, vận tốc tăng lên thì nêm đầu dần dần được hình thành làm hệ số ma

sát giảm xuống đến điểm b, sau đó lại tăng tuyến tính theo tốc độ Đối với vítme bị, khi

tốc độ còn nhỏ thì hệ số ma sát nhỏ hơn nhiều so với vítme thường, tốc độ càng tăng thi hệ số ma sát gần như ổn định

Nếu xét tại thời điểm khởi động thì vítme bi cần một mômen nhỏ hơn nhiều so với vít

me thường mà trong điều khiển CNC thì cần khởi động trục X, Y, Z nhanh với mômen càng nhỏ càng tốt Rõ ràng, khi cân nhắc sử dụng giữa vitme - đai ốc thường và vítme -

đai ốc bi (bô qua yếu tố giá thành) thì vítme - đai Ốc bi là lựa chọn tốt nhất 2.4 Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng

Để thực hiện dẫn hướng cho các trục trên mô hình máy CNC có thể nghĩ đến phương

án sử dụng rãnh trượt mang cá Theo phương án này trục vítme được nối với động cơ và

gắn chặt vào phần cố định của mang cá, đai dc được gắn chặt vào phần di động Khi động cơ quay trục vítme - dai ốc sẽ mang phần di động trượt tịnh tiễn theo rãnh mang cá

Nếu ứng dụng rãnh mang cá vào mô hình máy CNC thì có một số nhược điểm như sau:

- Việc gia công sống trượt mang cá phức tạp

- Phoi có thé rơi vào bề mặt trượt giữa 2 rãnh mang cá

Trang 30

Chương 2: Ý tưởng và giải pháp thiết kế

Chính vì những bất lợi trên, phương án thứ hai đã được đề xuất để thay thế, lúc này việc dẫn hướng sẽ do các thanh trượt, ray trượt được chọn

+ Dẫn hướng bằng ray trượt (hình 2.5a) chịu tải kém, ma sát lớn, không thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như máy CNC

+ Dẫn hướng với ray trượt tự chế (hình 2.5b,c) đã được sử dụng cho máy CNC tự

chế có ưu điểm đơn giản, dễ chế tạo, rẻ tiền nhưng khó đảm bảo yêu cầu về độ chính

xác, độ bền và tính ổn định trong khi chuyển động

+ Dẫn hướng với trục trơn (hình 2.5đ) khó lắp đảm bảo độ song song giữa các trục, có thể khiến cơ cầu bị kẹt, ma sắt với trục trượt lớn

c) Thanh dẫn hướng tự chế d) Dẫn hướng bằng trục trơn

Hình 2.6 Thanh dẫn hướng

+ Sử dụng thanh trượt bi (bình 2.7) có nhiều ưu điểm hơn so với các loại ray trượt trên Ưu điểm của phương án này là không cần phải chế tạo cơ khí nhiều vì thanh

trượt đã có sẵn trên thị trường Ma sát lăn trên rãnh bi làm cơ cấu trượt nhẹ nhàng

hơn so với thanh trượt trơn Có độ cứng cao, chịu tải tốt, tuổi thọ cao, ít bị mài mòn,

hoạt động êm, chống rung động tốt, dễ dàng bảo trì và thay thể Tuy nhiên, giá thành

khá cao và cần lắp ráp cho 2 thanh trượt song song với nhau

Hình 2.7 Thanh trượt bi

Trang 31

Để đảm bảo hai thanh trượt song song Trước hết ta bắt cố định 1 thanh trượt Đặt bàn

máy lên hai thanh trượt rồi di chuyển bàn máy trượt dọc theo thanh trượt, khi đó thanh

trượt còn lại sẽ tự điều chỉnh song song với thanh làm chuẩn ban đầu, hay để chính xác hơn nữa có thể dùng đồng hỗ so để kiểm tra độ song song giữa hai thanh trượt

Tóm lại, thông qua những so sánh, phân tích về ưu - nhược điểm của các loại cơ cấu

dẫn hướng thì thanh trượt bi đáp ứng đẩy đủ những tiêu chí cần thiết cho mô hình máy

CNC

2.5 Lựa chọn bộ truyền và khớp nối trục

Bộ truyền có tác dụng dẫn động, truyền công suất từ trục động cơ sang trục vítme Do

đó, hiệu suất bộ truyền càng cao càng tốt, đồng thời đòi hỏi hệ thống phải hoạt động én

định trong một thời gian dài

Độ truyền bánh ma sát thường bị mòn nhiều và không đều trên bề mặt tiếp xúc, lực tác

dụng lên trục, ỗ lớn và tăng kích thước bộ truyền Tỉ số truyền thay đổi do có hiện tượng

trượt Bộ truyền bánh ma sát không thể sử dụng trong các cơ cấu mà ở đó không cho phép tích lũy sai số góc xoay do hiện tượng trượt gây ra

Bộ truyền xích thì đo sự phân bố các nhánh xích trên đĩa xích không theo đường tròn,

mà theo hình đa giác, do đó khi vào khớp và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối với

nhau và bản lễ xích bị mòn, gây nên tải trọng động phụ, gây n khi làm việc Tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi, cần phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích

Hình 2.8 Bộ truyền xích, bộ truyền bánh răng

Bộ truyền bánh răng có nhiều ưu điểm như kích thước nhô, khả năng tải lớn, không có

hiện tượng trượt trơn, hiệu suất cao tuy nhiên lại gây ồn khi làm việc với vận tốc lớn Bộ truyền đai thì có kích thước bộ truyền lớn (kích thước lớn hơn khoảng 5 lần so với

bộ truyền bánh răng nếu truyền cùng công suất) T¡ số truyền khi làm việc thay đổi do

«

Trang 32

Chương 2: Ý tưởng và giải pháp thiết kế

hiện tượng trượt (trừ đai răng) Tải trọng tác dụng lên trục và ỗ lớn (lớn hơn 2+3 lần so

với bộ truyền răng) do phải căng đai với lực căng ban đầu Tuổi thọ thấp

Hình 2.8 Bộ truyền đai, khớp nối mềm

Khớp nối mềm có hiệu suất truyền động cao, nhỏ gọn, kết cầu đơn giản, hoạt động êm,

tuổi thọ cao, được lắp trực tiếp vào trục động cơ và trục vítme với tỉ số truyền 1:1, công suất từ động cơ gần như được truyền hoàn toàn sang vítine

Đây là phương án đơn giản nhất nên được chọn sử dụng cho mô hình máy CNC của nhóm

2.6 Lựa chọn động cơ

2.6.1 Động cơ truyền động cho trục X, Y, Z

Động cơ truyền động cho 3 trục của máy CNC thường được chọn là động cơ bước

hoặc động cơ servo Trước hết, cần sơ sánh những đặc điểm của 2 loại động cơ này

Bảng so sánh động cơ bước và động cơ servo Động cơ bước Động cơ servo Đơn giản (người dùng có thể Phức tạp (người sử đựng phải Độ phân giải bước/vòng), còn có bước góc nhỏ hơn như 0.729, 0.36 ° Mạch driver chế tạo chúng) mua mạch driver từ các nhà sản a 5 xuat) Ba Dang ké Rất ít rung động “Tác độ Chậm (tỗi đa 1000 - 2000| Nhanh (tôi da 3000 - 5000 vong/phut) vòng/phút)

Hiện tượng trượt hos Khó xây ra (động cơ vẫn chạy

bước Có thê xây Fa trơn tru nêu tải đặt vào tăng)

Z TẢ,

aia điều Vòng bở (không có encoder) Vòng kin (cd encoder) Gia thanh (Dong Rẻ Rất đất

cơ + driver)

Phổ biến loại 18° (200 | PY thude dO phân giải của encoder

Thông thường vào khoảng 0.36

+ 0.036° (1000 + 10000 xung/v)

Trang 33

Thông thường việc lựa chọn loại động cơ cho máy CNC đi kèm với việc lựa chọn

kiểu điều khiển, tác giả sử dụng kiểu điều khiển vòng hở, không có hồi tiếp tín hiệu

Đồng thời giá thành của dộng cơ servo va driver khá cao nên động cơ bước là lựa chọn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu trong phục vụ nghiên cứu và đào tạo

2.6.2 Sử dụng động cơ bước Thủ tục lựa chọn động cơ bước:

Xác định thành phân cơ câu lái

¡ | Xác định cơ câu và các thông số kỹ thuật đòi Trước hết hãy xác định các đặc điểm thiết kế như cơ cấu, hỏi đường kính thô, khoảng cách di chuyển, và chu kỳ định vị Tính toán độ phân giải đòi hỏi

Tìm kiêm độ phân giải góc bước cho động cơ

Từ độ phân giải đòi hỏi, xác định chỉ động cơ được dùng hay động cơ giảm tốc được dùng Xác định mầu vận hành Xác định mẫu vận hành đáp ứng các thông số

kỹ thuật đòi hỏi

Tìm chu kỳ gia tốc (giảm tốc) và tốc độ xung vận hành để tính tốn mơmen gia tốc Tính tốn mơmen địi hỏi

Tính tốn mơmen tải

Tính tốn mơmen gia tốc Tính tốn mơmen giảm tốc

Tính tốn mômen tải, mômen gia tốc và mômen đòi hồi được

yêu cầu bởi động cơ

Lựa chọn động cơ

Đưa ra một lựa chọn tạm thời cho động cơ dựa trên mômen đồi hỏi Xác định động cơ cần được sử dụng từ các đặc tính mômen tốc độ Chọn lựa một động cơ mà các đặc tính mômen tốc độ của nó thỏa mãn yêu cầu Kiêm tra động cơ được chọn Xác nhận tỉ số gia tốc / giảm tộc và hệ số quán tính Kiểm tra tỉ số gia tốc / giảm tốc và hệ số quán tính để xác định khả năng phù hợp với sự lựa chọn

2.6.3 Điều khiển động cơ bước

Nguyên lý điều khiến:

Để biết một động cơ bước làm việc như thể nào, hãy xem xét một động cơ bước đơn giản

gồm có:

- _ Một rôtor nam châm vĩnh cửu có một cực Bắc — Nam (N - 8)

- Métstator bốn răng được lái bởi một cặp hai cuộn dây A¡ - A» va By - Ba

Trang 34

Chương 2: Ý tưởng và giải pháp thiết kế

Khi Ai - Aa (và Bị - B›) được nối đến điện áp cung cấp DC và đất, một cách tương ứng, răng phía trên đỉnh (và răng phía bên phải) trở thành cực Bắc và răng đối điện trở

thành cực Nam Điều này lam dy rotor sang vi tri én định + 459, khi đó các cực rôfor nằm giữa các cực đối diện của bai cuộn dây Khi cực tính của cuộn A¡ - Az bị đảo lại nhờ

chuyển mạch điện áp cung cấp và đất, rôlor tiến một góc 90° đến vị trí mới én định ở - 459 Điều này có nghĩa rằng nó có góc bước là 909 Một động cơ bước có thể được điều khiển theo trình tự kiểu đủ bước hoặc nửa bước Với góc bước 909, một trình tự bốn bước

sẽ liên tiếp sẽ làm động cơ quay được một vòng Khi trình tự bước được lặp lại, động cơ sẽ quay tiếp tục Nếu trình tự bước bị đảo ngược, hướng động cơ cũng bị đảo theo Số

lượng các bước trình tự và mẫu chuyển mạch sẽ thay đổi theo cấu tạo và nhà sản xuất

động cơ

Dưới đây là các kiểu lái động cơ bước phô biến nhất:

- Láigợnsóng (cấp điện l pha)

- Lái đủ bước (cấp điện 2 pha)

-_ Lái nửa bước (cấp điện 1 pha và 2 pha)

~ Láivi bước (liên tục biến đổi dòng điện động cơ)

Bảng: Trình tự kích thích cho các kiểu lái khác nhau Lái gợnsóng Lãi đủ bước Lái nữa bước Pha 1234 1234 12345678 A ° * * ° oe B oe eee A oe oe B + ee eos

Trong kiểu lái gợn sóng, mỗi lần chỉ một cuộn đây được cấp năng lượng Stator được cấp năng lượng theo trình tự A->B->A ->B và rotor bước từ vị trí

8->2->4->6, Đối với các động cơ quấn dây đơn cực và lưỡng cực với các tham số cuộn đây như nhau thì kiểu kích thích này sẽ sinh ra một vị trí như nhau Nhược điểm của

kiểu lái này là trong kiểu lái này động cơ quan day đơn cực chỉ sử dụng có 25% và động

cơ lưỡng cực chỉ sử dụng 50% của toàn bộ cuộn dây động cơ ở thời điểm đã cho Điều này có nghĩa là không sử dụng hết mômen xuất ra từ động cơ

Ở kiểu lái đủ bước, mỗi lần hai pha được cắp năng lượng cùng lúc Stator được cấp

năng lượng theo trình tự AB ->+AB->»AB->AB và rotor bước từ các vị trí 1335-7 Momen tạo ra từ động cơ quấn dây đơn cực thấp hơn động cơ lưỡng cực (xét các động cơ có cùng tham số cuộn dây) vì các động cơ đơn cực chỉ sử dụng 50%

cuộn dây trong khi động cơ lưỡng cực thì dùng hết

Trang 35

Lái nữa bước kết hợp hai kiểu lái gợn sóng và đủ bước (cấp điện cho 1 và 2 cuộn)

Trình tự cấp năng lượng AB — B — AB — A> AB—>B— ABA và rotor bước từ vị

tríI->2->3—>4->5~>6->7->8 Điều này tạo ra sự đi chuyển góc bằng một nửa so

với các kiểu lái 1 pha hoặc 2 pha Kiểu nửa bước có thể làm giảm được hiện tượng cộng

hướng có thể gặp phải ở các kiểu lái 1 hoặc 2 pha

Ở kiểu lái vì bước, các dòng điện trong các cuộn dây biến thiên liên tục để có thể ngắt một bước đủ ra thành nhiều bước rời rạc nhỏ hơn

* Các chế độ hoạt động của động cơ bước:

Động cơ bước hoạt động ở 3 ché dé: full step, half step va micro step

+ Ché dé full step: động cơ bước tiêu chuẩn có rôtor 200 răng, hoặc 200 full step cho

mỗi trục xoay của động cơ Chia 200 bước cho 360° sẽ được một góc full step 1,80, Thông thường, chế độ full được thực hiện bằng cách tiếp điện cho theo thứ tự liên tiếp

theo số chẵn cuộn dây hoặc số lẻ cuộn dây, trong khi duy trì dòng thay đổi Về cơ bản mỗi đầu vào từ trình điều khiển trơng đương một bước

+ Chế độ half step: half step đơn giản chỉ có nghĩa là động cơ quay 400 bước mỗi vòng Trong chế độ này, một trong những cuộn dây được tiếp điện và sau đó hai cuộn

dây được tiếp điện thay phiên, làm các cánh quạt quay ở nữa khoảng cách, hoặc 0,90 ‘s (

Các tác dụng tương tự có thể đạt được bằng cách điều khiên ở chế độ full step ở 400 bước

cho vòng xoay động cơ) Tuy nhiên, nữa bước là một giải pháp thực tế hơn trong các ứng dụng công nghiệp Mặc dù nó cung cấp momen xoắn hơi ít hơn Chế độ nữa bước giảm

số lượng “sự tăng vọt” vốn có trong vận hành chế độ full step

+ Chế độ micro step: công nghệ vi bước điều khiển dòng điện tại các cuộn dây đến một mức độ mà số vị trí giữa các cực được chia nhỏ hơn nữa Bộ điều khiển vi bước

AMS cé kha nang luân phiên tại 1/256 của một bước (mỗi bước) tương ứng với 51.200

bước mỗi vòng xoay (đối với dòng động cơ 1,8 độ) Vĩ bước thường được sử dụng trong

các ứng dụng đòi hỏi phải định vị chính xác và sự chuyển hóa tốt hơn nhiều tốc độ

Trang 36

Chương 3: Hệ thống điều khiên điện

Chương 3: HỆ THÓNG DIEU KHIỂN ĐIỆN

3.1 Giới thiệu tổng quan một số linh kiện điện tử

3.1.1 Biến áp

+ Biến áp: Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một

cuộn sơ cấp (đưa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn thứ cấp (lấy điện áp ra sử dụng) cùng quần trên một lõi từ (có thể là lá thép hoặc lõi feriÐ) SUR GR TEL Biến áp có lõi Biển áp có lõi Biến áp có lõi bằng thép lá bằng ferit bằng không khí Hình 3.1 Các loại lõi biến áp + Công thức tính toán: Điện áp ở trên hai cuộn đây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn: Ư1 _ m1 U2 n2 Dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp: va _ 2 U2 1

Voi: Ul, U2 lần lượt là điện áp trên cuộn sơ cấp và thứ cấp

11, E lần lượt là cường độ dòng điện trên cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

n1, n2 lần lượt là số vòng dây trên cuộn sơ cấp, thứ cấp

+ Phân loại:

o Biến áp nguồn và biến áp âm tần we

Hinh 3.2 Bién 4p nguén, 4m tan,

Trang 37

Biến áp nguồn thường gặp trong cassete, amply , biến áp nảy hoạt động ở tần số

điện lưới 50Hz, lõi biến áp sử đụng các lá thép có chứa silic hình chữ E và I ghép lại,

biến áp này có tỷ số vòng đây / điện áp lớn

Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha và biến áp ra loa trong các mạch

khuyếch đại công xuất âm tần Biến áp cũng sử dụng lá tôn silic làm lõi từ như biến áp

nguồn, nhưng lá tôn silic trong biến áp âm tần mỏng hơn đề tránh tổn hao Biến áp âm tần

hoạt động ở tần số cao hơn, khi thiết kế biến áp âm tần người ta thường lấy giá tri tan số

trung bình khoảng 1kHz đến 3kHz

o_ Biến áp xung, cao áp:

Hình 3.3 Biến áp xung, cao tần

Biến áp xung là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục kHz như biến áp

trong các bộ nguồn xung, Lõi của biến áp xung làm bằng ferit Do hoạt động ở tần số cao

nên biến áp xung cho công xuất rất mạnh, so với biến áp nguồn thông thường có cùng

trọng lượng thì biến áp xung có thể cho công suất mạnh gắp hàng chục lần

3.1.2 Cổng kết nối song song 25 chân (Parallel port)

Đa số các máy vi tính trao đổi thông tin thông qua các cổng sau: cổng song song

(Parallel port), cong COM (Serial port), céng USB va Network card Céng song song

được sử dụng chủ yếu để giao tiếp giữa máy tính và máy in

Cổng song song có tên như vậy bởi chúng có 8 hàng đữ liệu 1 bit (thành 1 byte) để

chuyển đồng thời qua 8 dây dẫn Cổng song song sử dụng 3 thanh ghi 8 bit gồm thanh ghỉ trạng thái, thanh ghỉ dữ liệu và thanh ghi điều khiển

Cổng song song bao gồm 25 chân được bố trí theo sơ đồ dưới đây:

8 chân dùng để gởi và nhận dữ liệu đừ chân số 2 đến số 9) gọi lA DATA Port Dit

liệu trao đổi qua 8 pin này được gói gọn trong 1 byte

Trang 38

Chương 3: Hệ thống điều khiển điện 9 14 +— ine Feed 15 <— Error 6 +—+ RESET 7 +—+ Select Printer Paper Out —* 12 Select —> 13 Oy Hinh 3.4 Céng song song (LPT) Mot iio) ~~ Auto Feed lout _ {In Data Register GEERSEcD) pits TI TT] ®@@®@®®®Ằ®@@Ằ@G@@ 99860900006 xum (GND)lIn | Data Bít 6 Retum (GND)|In Control Register {5 H3 select in| | Ì

Hình 3.5, Bang so dé chan In/Out

5 chân dùng để hiển thị tình trạng hoạt động của cổng song song: dang ban, dang

gởi/nhận thông tin (các pm số 10 -13 và pin số 15) gọi là STATUS Port Dữ liệu trao

đổi qua 8 chân này dùng 5 bit cao cia byte

4 chân dùng để diều khiển gọi là CONTROL Port là các pin số 1, 14, 16 và 17 Dữ

liệu trao đổi qua chân này dùng 4 bit thấp của byte

8 chân còn lại được dùng tùy theo ý người sử dụng, nếu không được sử dụng thì

chúng sẽ được nối đất 3.1.3 Mạch nguồn:

Trong mô hình máy CNC một bộ phận quan trọng khác cần được thiết kế, chế tạo

một cách cân thận đó là các mạch điện tử Đầu tiên phải nói đến mạch nguôn, nó có nhiệm

vụ chuyển điện lưới xoay chiều 220V thành điện một chiều với điện áp thấp để cung cấp

năng lượng cho các mạch điện và thiết bị điện khác hoạt động

Mạch nguồn thường có 2 loại mạch nguồn dùng biến áp thường và mạch nguồn xung

Trang 39

Mạch nguồn biển áp thường không đủ dòng, đáp ứng rất chậm, sụt áp lại lớn Nếu sử

dụng biến áp thường làm nguồn thì tụ điện sử dụng phải có trị số điện dung lớn nhằm

giảm sụt áp và giảm độ nhấp nhô của dòng điện khi mạch hoạt động

Mạch nguồn xung thì nhỏ gọn hơn, đảm bảo đủ dòng và đáp ứng nhanh Vì vậy, sử dụng mạch nguồn xung là thích hợp nhất

Mach driver dé điều khiển động cơ bước, để thuận tiện có thể tích hợp 3 mạch driver

cho 3 động cơ bước lên một mạch điện duy nhất Hiện nay trên thị trường có bán loại

mạch điện Break Out Board TB6560 tích hợp giao tiếp máy tính và mạch điều khiển động

cơ bước sử dụng IC TB6560 rất thuận tiện và làm việc khá ồn định

Hinh 3.6 Bộ nguồn

Vai trò các linh kiện điện tử trong mạch điều khiển và động cơ bước không thể sử

dụng trực tiếp điện xoay chiều 220V để hoạt động Vì vậy cần có một mạch điện có tác dụng biến đổi điện xoay chiều sang điện một chiều để cung cấp năng lượng cho hệ thống

DC hoạt động

Thông số kĩ thuật của mạch nguồn: Đầu vào: AC 110V-240V, 50/60 Hz

Đầu ra: DC 24V, 10A

Nguyên lý làm việc:

Khi cấp dòng điện 220V AC/50Hz thì dầu tiên bộ lọc và chỉnh lưu (gồm có cầu điết,

cuộn đây và các tụ hóa dung lượng lớn) sẽ chuyển đổi dòng AC thành dòng DC Sau đó dòng DC được bộ tạo tần số-sử dụng MOSFET hoặc transistor lưỡng cực tạo ra dòng

điện có tần số rất cao lên đến 20+200kHz và đưa vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung hạ áp Khi đó trong cuộn thứ cấp của biến áp xung sẽ xuất hiện đòng điện có tần số cao

nhưng điện áp thấp hơn so với cuộn sơ cấp (output khoảng 24V) Cuối cùng dòng điện

này được đưa qua bộ sửa dòng để chuyển thành dòng một chiều và loại bỏ hoàn toàn dao

Trang 40

Chương 3: Hệ thống điều khiển điện

động (sử dụng điết Zener, cuộn dây và tụ điện) Đồng thời mạch nguồn còn có bộ hồi tiếp

để đảm bảo mức điện áp đầu ra luôn là 24V 220VAC Me 4 dị aay | lu | T P| aS ae pte sưng Nắn dòng và lọc Biến áp xung Chỉnh dòng, lọc đầu ra Fe 1 | nat isp [ear Peat b= hs T điều khiển

Hình 3.7 Sơ để hoạt động bộ nguồn xung.Giải thích ưu điểm của mạch nguồn xung:

Mạch nguồn xung có ưu điểm hơn mạch nguồn thường là kích thước nhỏ gọn, tạo ra

được dòng điện lớn, độ ổn định cao

Công suất của cuộn dây sơ cấp máy biến áp: P = U.L— U2⁄Z, với U, I,Z lần lượt là điện

áp, dòng điện và trở kháng của cuộn day sơ cấp

Nếu bỏ qua điện trở R của cuộn đây thì trở kháng chính bằng cảm kháng của cuộn dây sơ cấp Z = ZL= L.2mf Trong đó hệ số tự cảm của cuộn dây L = (u.4.m.n2.S.107) / 1

Như vậy công suất máy biến áp P = U?/(L.2zÐ, với giá trị công suất và điện áp cổ định, khi tăng tần số f của dòng điện thì L giảm, tương ứng số vòng dây cuộn sơ cấp máy

biển áp n cũng giảm Điều này cho phép kích thước máy biến áp giảm tối đa khi chế tạo

máy biến áp hoạt động ở tần số hàng tram kHz Đồng thời khi kích thước các cuộn dây

giảm thì trở kháng cũng giảm thco, kết quả là cường độ đòng điện qua các cuộn dây sẽ

lớn

Trong máy biến áp xung lõi được làm bằng ferit nên dòng Eucô sinh ra rất nhỏ, tốn

thất vì nhiệt không nhiều nên hiệu suất của nó cao hơn hẳn so với máy biến áp thường lõi sắt

Mạch nguồn xung có bộ hồi tiếp so sánh để điều chỉnh giữ cho điện áp đầu ra luôn

dn định, không bị hiện tượng sụt áp ảnh hưởng đến các mạch điện và linh kiện khác

Hướng dẫn kết nỗi:

AC: Nối trực tiếp với điện lưới 220V

V-: Nối với chân Mass của mạch driver Mach3 V+: Nối với chân 24V của mạch Mach3

ADJ : Cho phép điều chỉnh điện áp nếu có sai số