NGHIÊN CỨU, LẮP RÁP MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM NGUYÊN LÝ MÁY KHOAN BA TRỤC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC FX3G HÃNG MITSUBISHI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN NGÀNH :TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, LẮP RÁP MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM NGUYÊN LÝ MÁY KHOAN BA TRỤC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC FX3G HÃNG MITSUBISHI. Trong cuộc sống đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay, vấn đề áp dụng khoa học kỹ thuật vào các quy trình sản xuất là vấn đề cấp bách hàng đầu. Cùng với sự phát triển của một số ngành như điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vượt bậc. Với hệ truyền động điện có yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi độ chính xác cao được ứng dụng nhiều trong các ngành nghề cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi điện tử. Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Nắm được tầm quan trọng đó, nhóm chúng em đã làm đề tài: “Nghiên cứu, lắp ráp mô hình thử nghiệm nguyên lý máy khoan ba trục tự động sử dụng PLC Fx3G hãng Mitsubishi” nhằm giúp việc gia công các chi tiết cơ khí được nhanh và chính xác hơn. Sau một thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã thu được rất nhiều kiến thức mới hữu ích. Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, em đã gặp một số vướng mắc về lý thuyết và khó khăn trong việc nghiên cứu. Tuy nhiên, chúng em đã nhận được sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy Nguyễn Đình Hùng. Vì vậy, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Hùng đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

CHUYÊN NGÀNH :TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, LẮP RÁP MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM NGUYÊN LÝ MÁY KHOAN BA TRỤC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC

LỜI CẢM ƠN

Trước hết chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy “Nguyễn Đình Hùng” đã

trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu và quá trình hoàn thành đồ án

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo “Khoa Điện – Điện

tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên” đã trang bị kiến thức và tạo

điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình thực tập và nghiên cứu Chúng em xin trân thành cảm ơn!

Hưng Yên, ngày 15 tháng 3 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Hoàng Đình Đức

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay, vấn đề áp dụng khoa học kỹ thuật vào các quy trình sản xuất là vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với sự phát triển của một số ngành như điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vượt bậc

Với hệ truyền động điện có yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi độ chính xác cao được ứng dụng nhiều trong các ngành nghề cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi điện tử Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao

Nắm được tầm quan trọng đó, nhóm chúng em đã làm đề tài: “Nghiên cứu,

lắp ráp mô hình thử nghiệm nguyên lý máy khoan ba trục tự động sử dụng PLC Fx3G hãng Mitsubishi” nhằm giúp việc gia công các chi tiết cơ khí được

nhanh và chính xác hơn Sau một thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã thu được rất nhiều kiến thức mới hữu ích Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, em đã gặp một số vướng mắc về lý thuyết và khó khăn trong việc nghiên cứu Tuy nhiên,

chúng em đã nhận được sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy Nguyễn Đình

Hùng Vì vậy, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Hùng đã trực tiếp

hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Hưng yên, ngày 15 tháng 3 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Hoàng Đình Đức

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài 9

4 Tóm tắt nội dung của đề tài 9

5 Phương pháp nghiên cứu 9

Tổng Quan Về Cơ Sở Lý Thuyết 10

1.1 Giới thiệu chung về CNC 10

1.1.1 Định nghĩa và phân loại 10

1.1.2 Cấu tạo máy khoan CNC 12

1.1.3 Hệ điều khiển máy CNC 15

1.1.4 Các dạng điều khiển trên máy CNC cơ bản 16

1.1.5 Một số loại máy CNC thông dụng trên thị trường 22

1.2 Phần tử thường có của máy khoan CNC 24

1.2.1 Cơ cấu truyền động (vit me, ray trượt, đai) 24

1.2.2 Động cơ dẫn động các trục tọa độ 30

1.3 Một số bộ điều khiển thường dùng sử dụng trong máy CNC 39

1.3.1 Bộ điều khiển máy CNC sử dụng bo mạch chuyên dụng 39

1.3.2 Bộ điều khiển máy CNC sử dụng PLC 40

CHƯƠNG 2 47

2.1.5 Van điều áp SMC ITV2010-012BL2 53

2.2 Thiết kế giao diện Module I/0 của máy CNC 54

2.3 Thiết kế Mặt phay module PLC FX 3G/40MT 55

2.4 Sản phẩm hoàn thiện 56

2.5 Bảng dự toán các thiết bị trong đề tài 56

CHƯƠNG 3 57

KHẢO SÁT THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 57

3.1 Yêu cầu bài toán 57

3.2 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống 58

3.3 Chương trình điều khiển 60

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Máy CNC 12

Hình 1 2 Hệ dẫn hướng cho các trục 15

Hình 1 3 Điều khiển điểm – điểm 18

Hình 1 4 Điều khiển đường thẳng 19

Hình 1 20 Mô tả hoạt động của động cơ bước đơn giản 32

Hình 1 21 Hình ảnh động cơ Servo Hybrid 35

Hình 1 22 Hình ảnh minh họa động cơ Servo DC 36

Hình 1 23 Hình ảnh minh họa cấu tạo động cơ Servo AC 36

Hình 1 24 Sơ đồ khối 40

Hình 2 1 PLC FX-3G 40MT 47

Hình 2 2 Biến tần LS ITV SV008 48

Hình 2 3 Màn hình HMI WEINTEK MT-6070IH 51

Hình 2 4 Động cơ Spindle GDZ-65P 800W 52

Hình 2 5 Van điều áp SMC ITV2010-012BL2 53

Hình 2 6 giao diện Module I/0 của máy CNC 54

Hình 2 7 Hình ảnh Mặt phay Module CNC FX3G 40M 55

Hình 2 8 Hình ảnh sản phẩm hoàn thiện 56

Hình 2 9 Bảng giá các thiết bị trong đề tài 56

Hình 3 1 Lưu đồ công nghệ bài toán 57

Hình 3 2 Sơ đồ khối của hệ thống 58

Hình 3 3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 59

Hình 3 4 Bảng Symbol 60

Hình 3 6 Giao diện chính màn hình HMI 63

Hình 3 7 Chế độ điều khiển bằng tay 63

Hình 3 8 Chế độ tự động 64

Hình 3 9 Bảng nhập tọa đô trục x,y,z 64

Hình 3 10 Sản phẩm sau khi khảo sát 71

GIỚI THIỆU CHUNG 1 Tính cấp thiết của đề tài

Một trong những thành tựu lớn của tiến bộ khoa học kỹ thuật là tự động hóa sản xuất Phương thức cao của tự động sản xuất là sản xuất linh hoạt Trong dây truyền sản xuất linh hoạt thì máy điều khiển số CNC đóng một vai trò rất quan trọng Sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất Chính vì vậy hiện nay nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy CNC vào cơ khí chế tạo Ở Việt Nam các máy CNC đang được sử dụng rộng rãi để chế tạo các chi tiết cơ khí đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết phục vụ ngành công nghiệp, các chi tiết máy móc phức tạp Ngoài ra các máy CNC còn được dùng trong nghiên cứu khoa học, đào tạo đại học sau đại học, học nghề ở các trường kỹ thuật

Xuất phát từ những nhu cầu như vậy, nhóm chúng em dưới sự hướng dẫn của

thầy Nguyễn Đình Hùng thực hiện nghiên cứu đề tài đồ án tốt nghiệp : “Nghiên cứu, lắp ráp mô hình thử nghiệm nguyên lý máy khoan ba trục tự động sử dụng PLC-FX3G Mitsubishi”

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu sử dụng PLC trong lĩnh vực điều khiển máy CNC làm cơ sở để thiết kế chế tạo hoàn chỉnh máy CNC phục vụ trong việc học tập, nghiên cứu trong các nhà trường

- Nghiên cứu, tìm hiểu về các thiết bị điều khiển như PLC, HMI, Biến tần

- Xây dựng mô hình và bài toán điều khiển máy khắc chữ CNC 3 trục ứng

dụng các thiết bị như PLC, Biến tần ,

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

❖ Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu sử dụng PLC FX3G

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy CNC ❖ Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu tài liệu trên Internet, các kiến thức có liên quan ở các học phần đã được học trong quá trình đào tạo của nhà trường

- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Sử dụng PLC FX-3G

- Sử dụng màn hình HMI Weintek

4 Tóm tắt nội dung của đề tài

- Mở đầu: Giới thiệu chung - Chương 1: Tổng quan về đề tài

- Chương 2: Thiết kế, tính toán chế tạo sản phẩm

- Chương 3: Viết chương trình điều khiển và khảo sát , thử nghiệm nguyên lý hoạt động của sản phẩm tại phòng 403-B5

- Kết luận

5 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành nội dung đồ án nhóm nghiên cứu đã áp dụng những phương pháp sau:

- Tìm hiểu nghiên cứu kỹ đối tượng nghiên cứu dựa trên nhiều cổng thông tin Internet, sách giáo trình

- Trao đổi và học hỏi kiến thức từ các thầy cô và bạn khác

được sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu

2) Phân loại máy CNC a) Theo dạng máy công cụ

Máy tiện CNC, máy khoan CNC, máy doa CNC, máy mài CNC, máy cắt bánh răng CNC, máy phay CNC, máy bào CNC, máy chuốt CNC, máy cưa CNC

b) Theo phương pháp cắt gọt

❖ Máy CNC Router: Máy CNC router là máy cắt CNC điều khiển bằng máy

tính được sử dụng để cắt gỗ, nhựa và vật liệu tổng hợp Nó cũng thường được sử dụng để cắt nhôm và kim loại mềm khác Độ cứng vững của máy CNC router kém hơn so với loại máy CNC được sử dụng để cắt kim loại cứng hoặc làm các bộ phận đòi hỏi độ chính xác lắp ghép cao Máy CNC router được thiết kế để tối đa hóa

hành trình làm việc và chi phí

❖ Máy cắt plasma CNC và máy khắc (cắt) laser CNC: Máy cắt laser dùng nguồn laser công suất cao, qua hệ thống quang học tập trung chùm tia laser đầu ra để cắt vật liệu Có ba loại máy cắt laser chính thường được sử dụng

- Laser khí, chẳng hạn như CO2 hoặc Nd/Nd-YAG, tạo ra laser bằng cách tạo ra một dòng điện thông qua một loại khí Chúng được sử dụng trong công nghiệp để cắt các vật liệu bao gồm thép nhẹ, nhôm, thép không gỉ, titan, giấy, sáp, nhựa, gỗ và vải

- Laser rắn, chẳng hạn như laser sợi quang (laser fiber), sử dụng vật chứa rắn để sản xuất chùm tia laser, sau đó được khuếch đại bằng sợi thủy tinh Với bước sóng laser cực ngắn, kích thước điểm nhỏ của laser sợi quang để cắt vật liệu kim loại phản chiếu

- Máy cắt plasma CNC thường được xếp chung với máy cắt laser do chúng dùng tia hồ quang làm nóng chảy giữa 2 điện cực để cắt kim loại Vật liệu tiêu biểu trong cắt bằng máy CNC plasma là thép, thép không gỉ, nhôm, đồng và đồng thau

❖ Máy in 3D: In 3D là một quá trình tạo các vật thể rắn từ một file mẫu trên máy tính Máy tính sẽ chia đối tượng in ra làm rất nhiều lớp mỏng, quá trình in 3D chính là liên tục chồng các lớp vật liệu lên nhau

❖ Máy CNC nhiều trục: Gia công nhiều trục là một quy trình sản xuất mà máy tính điều khiển công cụ di chuyển theo 4 hoặc nhiều hướng, máy này được sử dụng để chế tạo các bộ phận bằng kim loại hoặc các vật liệu khác Các máy công cụ CNC điển hình hỗ trợ 3 trục gọi là X , Y, Z Máy CNC nhiều trục cũng hỗ trợ chuyển động xoay quanh một hoặc nhiều trục

1.1.2 Cấu tạo máy khoan CNC

Hình 1 1 Máy CNC

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy CNC được sản xuất từ nhiều nước với những tiêu chuẩn khác nhau Nhưng nhìn chung, một máy CNC đều phải có những bộ phận cơ bản gồm 2 phần chính:

1) Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ

tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng

2) Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung

tâm

❖ Phần chấp hành.

• Thân máy và đế máy: Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang

có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác

• Bàn máy: Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có sự

chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại

thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy.

• Cụm trục chính: Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công Trục chính được điều khiển bởi các động cơ Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh Hệ thống điều khiển này cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.

• Băng dẫn hướng: Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng

cho các chuyển động của ban theo X,Y và chuyển động theo trục Z của trục chính

• Trục vit me, đai ốc: Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử

dụng hai dạng vit me cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi: Vít me đai ốc thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn

• Ổ tích dụng cụ: Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia

công Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hoá cao

• Các xích động của máy: Tất cả các đường chuyền động đến từng cơ cấu

chấp hành của máy công cụ điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy các xích động học chỉ còn 2 loại cơ bản sau: Xích động học tốc độ cắt gọt Xích động học của chuyền động chạy dao

❖ Phần điều khiển

Các cụm điều khiển chính trên máy CNC:

Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit) được hình thành trên cơ sở thiết

bị điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số CNC Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết → trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện

Cụm dẫn động (Driving Unit): Là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử

điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động Động cơ truyền động và cảm biến

- Thuật ngữ “động cơ truyền động” bao gồm động cơ di chuyển bàn máy và động cơ trục chính

- Đông cơ trục chính là thiết bị tạo ra tốc độ và mômen cắt bằng cách quay dao hoặc phôi gia công Mô men xoắn cao và tốc độ cao là rất quan trọng đối với động cơ trục chính do đó động cơ không đồng bộ thường được sử dụng

- Động cơ di chuyển bàn máy của máy là các thiết bị cơ điện được sử dụng để điều khiển chuyển động của các trục X, Y và Z trong máy CNC cần đặc điểm như mô men xoắn cao, khả năng tăng tốc tức thời và phản ứng nhanh ở tốc độ thấp và có thể điều khiển đồng thời vận tốc và vị trí Động cơ di chuyển bàn máy có hai loại chính là động cơ sevor và động cơ bước

• Hệ dẫn hướng cho các trục: Trục vít me bi được sử dụng để di chuyển bàn máy do chúng có ma sát thấp và độ rơ rất nhỏ nên hiệu suất truyền động cao và đạt được độ chính xác vị trí cao Dẫn hướng được dùng là thanh ray trượt hay còn gọi là ray trượt tuyến tính (LM), được sử dụng để tăng độ chính xác và độ mượt của chuyển động tuyến tính

tương đối cao

2) Điều khiển kín

Cảm biến vị trí được gắn vào bàn máy và vị trí thực tế được đưa trở lại hệ thống điều khiển Vòng lặp kín và vòng bán kín là tương tự ngoại trừ vị trí của cảm biến và độ chính xác vị trí của vòng khép kín là rất cao Tuy nhiên, tần số cộng hưởng của thân máy, thanh trượt, và chuyển động bị mất có ảnh hưởng đến các đặc

tính servo vì thân máy được bao gồm trong vòng điều khiển vị trí

3) Vòng điều khiển lai

Trong vòng lặp lai, có hai loại điều khiển vòng lặp; vòng bán khép kín, nơi vị trí được phát hiện từ trục của động cơ, và vòng khép kín, dựa trên thước tuyến tính Trong vòng bán khép kín, có thể kiểm soát tốt vì thân máy không được bao gồm trong hệ thống điều khiển Các vòng khép kín tăng độ chính xác bằng cách bù lỗi cho vòng bán kín không thể kiểm soát Bằng cách kết hợp vòng khép kín và vòng bán khép kín, có thể đạt được độ chính xác cao kể cả trong môi trường hoạt động không tốt

4) Vòng điều khiển hở

Vòng điều khiển hở có thể được áp dụng trong trường hợp độ chính xác của điều khiển không cao và sử dụng với động cơ bước được sử dụng Vì vòng lặp mở không cần thiết bị dò và mạch phản hồi, cấu trúc rất đơn giản Ngoài ra, độ chính xác của máy CNC bị ảnh hưởng bởi độ chính xác của động cơ bước, vít me bi và hệ

thống truyền dẫn

1.1.4 Các dạng điều khiển trên máy CNC cơ bản

Điều khiển trên máy CNC[2] là một hệ thống các điều khiển mà mỗi hành trình được điều khiển theo số Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành Đại lượng này có tên là giá trị xung

Các loại máy CNC khác nhau có khả năng gia công các bề mặt khác nhau Chẳng hạn như các lỗ, các mặt phẳng, các bề mặt định hình Do đó các dạng điều khiển trên máy CNC cũng chia ra thành các dạng như:

• Điều khiển điểm – điểm • Điều khiển theo đường thẳng • Điều khiển theo đường viền

• Điều khiển theo contour (theo biên dạng)

1) Điều khiển theo điểm (Point to point)

Điều khiển điểm – điểm (point – point) hay còn được gọi là điều khiển theo vị trí Đây là dạng điều khiển trên máy CNC đơn giản nhất Dạng điều khiển này được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp như:

• Khoan • Khoét • Doa • Cắt ren lỗ

Trong khi thực hiện dạng điều khiển điểm – điểm, chi tiết gia công sẽ được cố định trên bàn máy Dụng cụ cắt sẽ được chạy dao nhanh đến vị trí đã thiết lập Khi đạt đến điểm đích, lúc này dao mới đầu cắt Tuy nhiên trong một số trường hợp, bàn máy sẽ di chuyển thay vì dao cắt

Ngoài ra, các trục có thể di chuyển kế tiếp nhau hay chuyển động đồng thời không có mối quan hệ hàm số Hoặc di chuyển theo hành trình ngắn nhất tùy thuộc hệ điều khiển

Các chi tiết gia công đều phải được định vị tạo một điểm cố định trên máy ở các thiết bị Bao gồm: máy khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ Dao không vào cắt và sẽ chuyển động trên các trục riêng lẻ Mà không có bất kỳ ràng buộc với các quan hệ hàm số trong quá trình định vị

Bên cạnh đó, tốc độ chuyển động định vị cũng không phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ Tương tự ở các máy hàn điểm hay máy gấp cạnh lá tôn khi điều khiển dịch động cho các mảnh gá chặn và bàn gấp Tóm lại, điều khiển số thực hiện quá trình chuyển động này thuộc dạng điều khiển điểm

Hình 1 3 Điều khiển điểm – điểm

2) Điều khiển đường thẳng

Điều khiển đường thẳng là một trong các dạng điều khiển trên máy CNC, là dạng điều khiển mà trong khi gia công dụng cụ cắt sẽ thực hiện chuyển động cắt gọt theo một đường thẳng nào đó

Trong điều khiển đường thẳng, hành trình dịch chuyển với lượng tiến dao đã được lập trình của dụng cắt chỉ có thể được điều khiển song song với một trục Biên dạng của chi tiết gia công chỉ được tạo ra các đường song song với trục

Ở dạng điều khiển đường thẳng này thường được bắt gặp ở các loại máy tiện CNC Khi dụng cắt chuyển động song song hoặc vuông góc với trục chi tiết như tiện trụ, tiện mặt đầu

Khi gia công các biến dạng song song với các trục, người vận hành cần thực hiện các chuyển động với tốc độ tùy chọn khác nhau Theo đó, các hành động chỉ được thực hiện trên từng trục một khi gia công các chi tiết hình trụ đơn giản ở máy phay hoặc máy tiện (vẫn không có ràng buộc bởi các quan hệ hàm số) Các điều khiển chuyển động gia công này là điều khiển đoạn hoặc đường thẳng

Hình 1 4 Điều khiển đường thẳng

3)Điều khiển biên dạng (điều khiển Contour)

Khi quan hệ hàm số (tuyến tính hay phi tuyến) cần phải được gán giữa điểm bắt đầu và điểm kết thúc của một chuyển động Thì điều khiển số thực hiện chuyển động như vậy là điều khiển biên dạng Bao gồm điều khiển tuyến tính hay phi tuyến, phẳng hoặc không gian

Trong dạng điều khiển này, các truyền động biệt lập, điều chỉnh được vị trí theo thời gian thực trên mỗi trục tọa độ Đảm bảo sự phụ thuộc hàm số với các chuyển động đồng thời trên các trục khác là những đòi hỏi bắt buộc phải có

Điều khiển biên dạng cho phép thực hiện gia công dưới tác động phối hợp có điều kiện của hai hoặc nhiều động cơ bước tiến Nói cách khác, dạng điều khiển này cho khả năng thực hiện chạy dao trên nhiều trục Để thực hiện đồng thời chuyển động ở các trục máy, người vận hành cần xác định các giá trị trung gian từ điểm xuất phát tới điểm kết thúc

Điều khiển này được dùng trong các loại máy gia công Chẳng hạn như: tiện, phay, trung tâm gia công tự động đa chức năng có quá trình đổi dao tự động, các máy gia công bằng điện cực ăn mòn, máy cắt bằng tia hồ quang áp lực cao… Điều khiển này còn bao gồm cả khả năng điều khiển điểm, đoạn hay đường thẳng

Điều khiển biên dạng là loại điều khiển cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trục cùng lúc Với dạng điều khiển này, hành trình dịch chuyển (đường thẳng,

đường nghiêng, đường cong, đường phi tuyến) có thể được thực hiện trong mặt phẳng hoặc trong không gian

Trên máy phay CNC 3 trục, có thể điều khiển đồng thời trục X và Y, trục Y và Z hoặc X và Z Tùy theo mặt phẳng gia công được chọn mà các trục khác nhau được điều khiển đồng thời Do vậy các chuyển động có thể ở các mặt phẳng như: X0Y, Y0Z, X0Z

b) Điều khiển Contour 3D

Đây là dạng điều khiển cho khả năng chạy dao đồng thời ở cả 3 trục X, Y, Z theo một quan hệ ràng buộc Điều khiển 3D thường được ứng dụng trong gia công khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt gia công không gian phức tạp

c) Điều khiển biên dạng 4D, 5D

Đây là dạng điều khiển biên dạng được dựa trên cơ sở 3D Mà ở đó người vận hành bố trí thêm dụng cụ hay chi tiết có thêm 1 hoặc 2 chuyển động quay xung quanh 1 trục Theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D

Điều khiển trên máy CNC có 4 dạng cơ bản với các đặc điểm và được sử dụng trong các trường hợp khác nhau Như vậy tùy thuộc vào yêu cầu của bề mặt

gia công mà có thể lựa chọn các dạng điều khiển trên máy CNC phù hợp Đồng thời

sử dụng các phần mềm điều khiển máy CNC thích hợp nhất

1.1.5 Một số loại máy CNC thông dụng trên thị trường

Hình 1 6 Máy phay CNC

Hình 1 7 Máy tiện CNC

Hình 1 8 Máy cắt plasma CNC

Hình 1 9 Máy CNC LPKF

Hình 1 10 Máy CNC mini

Hình 1 11 Máy CNC laser

1.2 Phần tử thường có của máy khoan CNC

1.2.1 Cơ cấu truyền động (vit me, ray trượt, đai)

Vít me bi, ray trượt, dây đai[3] là chi tiết máy được sử dụng rất nhiều trong nhiều thiết bị dân dụng, cơ cấu, máy móc công nghiệp Với mỗi loại chi tiết sẽ có những đặc điểm để phù hợp với từng mục đích, điều kiện khác nhau Kỹ sư thiết kế máy cần phải lựa chọn để tối ưu hoá nhất trong quá trình hoạt động

Để giảm bơt công việc thiết kế, hiện nay trên thị trường các cơ cấu dẫn hướng, chuyển động tịnh tiến đã được thiết kế với nhiều loại khác nhau Các kỹ sư thiết kế máy có thể mua module này để sử dụng, như vậy có thể bỏ qua được bước này Trên mỗi sản phẩm cơ cấu dẫn hướng nhà sản xuất sẽ kèm đầy đủ các thông số kỹ thuật (bản vẽ, khả năng tải, chịu lực, tốc độ, yêu cầu kỹ thuật) nên chỉ cần sử dụng những thông số này để thiết kế các chi tiết còn lại

Hình 1 12 Cụm cơ cấu vít me bi 1) Cơ cấu Vít me – đai ốc trượt

Vít me – đai ốc là cơ cấu truyền động biến truyền động quay thành chuyển động tịnh tiến Truyền đông vít me – đai ốc có 2 loại là vít me – đai ốc trượt và vít me đai ốc bi

Hình 1 13 Vít me đai ốc bi

Cơ cấu vít me – đai ốc trượt có những đặc điểm: - Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn - Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn

- Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren hoặc số vòng quay lớn

- Hiệu suất truyền động thấp nên ít dùng để thực hiện những chuyển động chính

a) Kết cấu Vít me – Đai ốc trượt

- Dạng ren: Vít me thường có 2 dạng ren chủ yếu là

Ren có dạng hình thang với góc 300 có ưu điểm: gia công đơn giản, có thể phay hoặc mài Nếu dùng với đai ốc bổ đôi thì có thể đóng mở lên ren dễ dàng

Ren có hình dạng vuông chỉ dùng ở những máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng

Về mặt kết cấu nên chế tạo vít me với 2 cổ trục giống như nhau để sau một thời gian sử dụng, có thể lắp đảo ngược vít me lại nhằm làm cho bề mặt làm việc của vít me được mòn đều ở 2 bên

- Ổ đỡ vít me: ổ đỡ vít me có tác dụng đảm bảo cho trục chuyển động với độ đảo hướng trục và độ hướng kính nhỏ

Để giảm độ biến dạng của vít me có thể dùng những phương pháp sau:

- Nâng cao cứng vững của gối đỡ bằng cách dùng bạc với tỷ lệ l/d lớn (với l là chiều dài và d là đường kính trong của gối đỡ)

- Không bố trí vít me ở ngoài thân máy mà bố trí phía trong máy nhằm giảm momen lật của bàn máy

- Dùng gối đỡ treo phụ cho những vít me quá dài và nặng

2 )Cơ cấu Vít me bi

Hình 1 14 Vít me đai ôc bi

Cơ cấu vít me đai ốc bi có những đặc điểm sau:

- Tổn thất ma sát ít nên có hiệu suất cao, có thể đạt từ 90 – 95 %

- Lực ma sát gần như không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nên đảm bảo chuyển động ở nhựng vận tốc nhỏ

- Hầu như không có khe hở trong mối ghép và có thể tạo ra lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao

Vì những ưu điểm đó vít me đai ốc bi thường được sử dụng cho những máy cần có truyền động thẳng chính xác như máy khoan, doa tọa độ, các máy điều khiển chương trình số

Hình 1 15 Kết cấu vít me đai ốc bi

Giữa các rãnh của đai ốc 1 và vít me 2, người ta đặt những viên bi 3, vì vậy biến ma sát trượt trở thành ma sát lăn của những viên bi chuyển động một cách liên tục Nhờ máng nghiêng 4 mà bi được dẫn từ rãnh cuối về rãnh đầu Rãnh của vít me – đai ốc bi được chế tạo dạng cung nửa vòng tròn hoặc rãnh

Để điều chỉnh khe hở vít me – đai ốc bi, đai ốc kép được sử dung Giữa các đai ốc 1 và 2, đặt vòng căng 3 Khi xiết chặt vít 4, các rãnh của 2 đai ốc sẽ tì sát vào bề mặt bi, khử được khe hở giữa vít me và đai ốc đồng thời tạo được lực căng ban đầu

Hình 1 16 Cơ cấu điều khiển Vít me - Đai ốc bi

3)Ray trượt dẫn hướng

Ray trượt dẫn hướng có 2 chức năng cơ bản:

- Dùng để dẫn hướng cho các bộ phận máy như bàn máy, các cụm trục theo một quỹ đạo hình học cho trước

- Định vị đúng các bộ phận tĩnh

Do vậy, ray trượt cần có các yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ chính xác tĩnh và độ chính xác di chuyển cho các bộ phận lắp trên đó Yêu cầu này chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác gia công sống trượt, cách bố trí sống trượt phù hợp bề mặt chịu lực Bố trí sao cho lực tác dụng lên sống trượt là nhỏ nhất và biến dạng sống trượt là ít nhất

- Bề mặt làm việc phải có khả năng chịu mòn cao để đảm bảo độ chính xác lâu dài Yêu cầu này phụ thuộc vào độ cứng bề mặt của sống trượt, độ bóng bề mặt của sống trượt, chế độ bôi trơn và bảo quản sống trượt

- Kết cấu sống trượt đơn giản, có tính công nghệ cao

- Có khả năng điều chỉnh khe hở khi mòn, tránh được phoi và bụi

Hình 1 17 Sống trượt dẫn hướng

- Bảo vệ sống trượt khỏi bụi bẩn, phoi, … cũng như bôi trơn hợp lý bề mặt sống trượt có tác dụng làm giảm độ mòn đáng kể của sống trượt và giữ được độ chính xác ban đầu của sống trượt

4 ) Truyền động đai

Bộ truyền đai là bộ truyền cơ khí được sử dụng sớm nhất và hiện nay vẫn được sử dụng rông rãi, có nhiều loại đai như đai thang, đai dẹt, đai răng,…

Hình 1 18 Truyền động đai

a) Ưu điểm bộ truyền đai

- Truyền động giữa các trục xa nhau

- Làm việc êm và không ồn do độ bền và dẻo của đai do đó có thể truyền động với vận tốc cao

- Tránh cho cơ cấu không có sự dao động nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quá tải

- Kết cấu và vận hành đơn giản

b) Nhược điểm bộ truyền đai

- Hiệu suất bộ truyền thấp

- Tỷ số truyền thay đổi do sự trượt đàn hồi giữa bánh đai và đai - Tuổi thọ đai thấp

- Kích thước bộ truyền lớn

- Tải trọng tác dụng lên trục lớn do phải căng đai ban đầu

1.2.2 Động cơ dẫn động các trục tọa độ

1) Động cơ bước

a) Giới thiệu chung về động cơ bước

Động cơ bước[4] thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rô to và có khả năng dừng , hãm cố định rô to vào những vị trí cần thiết

Nói chung, động cơ bước là một loại động cơ mà chúng ta có thể quy định được tần số góc quay của nó Nếu góc bước của nó càng nhỏ thì số bước trên mỗi vòng quay của động cơ càng lớn và độ chính xác của vị trí chúng ta thu được càng lớn

Các góc bước của động cơ bước hiện nay có thể đạt cực đại là 90 độ và cực tiểu đến 0,72 độ Tuy nhiên, các góc bước của động cơ thường được sử dụng phổ biến nhất là góc 1,8 độ, góc 2,5 độ, góc 7,5 độ và góc 15 độ

Ví dụ: Một động cơ bước có góc 1,8 độ/ bước nếu quay hết 1 vòng khoảng 360 độ thì mất 200 bước (thuật ngữ chuyên ngành gọi là Full Step) Các chế độ quay càng nhiều xung thì động cơ quay của máy sẽ càng êm hơn Hiện nay các ứng

dụng hay dùng phổ biến nhất là động cơ 200 bước

Cấu tạo động cơ bước

Cấu tạo của động cơ bước cơ bản cũng giống động cơ thông thường gồm 2

bộ phận chính là Rotor và Stato

- Rotor thực ra chính là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu, chúng được sắp xếp chồng lên nhau một cách khoa học theo cấu trúc nhất định Trên các lá nam

châm này lại được chia thành các cặp cực sắp xếp đối xứng với nhau

- Stato được cấu tạo bằng sắt từ, chúng được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộc dây Dây quấn trong Stato có thể là dây quấn 2 pha, 3 pha hay 5 pha tùy theo

chủng loại động cơ bước

b) Nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ bước

Nguyên lý hoạt động động cơ bước không quay theo các cơ chế thông

thường, bởi vì động cơ bước khi hoạt động nó thực hiện quay theo từng bước một, cho nên nó có một độ chính xác cao về tốc độ và khi dừng so với các động cơ thông thường

Động cơ bước làm việc nhờ vào hoạt động của các bộ chuyển mạch điện tử ( Driver) Các mạch điện tử này sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển chạy vào stato theo số thứ tự lần lượt với một tần số nhất định

Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần mà động cơ được chuyển mạch Đồng thời, chiều quay và tốc độ quay của con rotor còn phụ thuộc vào số thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi của nó

Hình sau mô tả hoạt động của động cơ bước đơn giản Trong hình khi dòng điện đưa vào pha C để tạo ra lực từ giữ động cơ ở vị trí như hình vẽ Sau đó, chúng ta ngắt dòng điện vào pha C và chuyển sang pha A, như vậy động cơ sẽ bị xoay về vị trí mới do lực từ thay đổi hướng Sau đó cấp nguồn pha B và ngắt pha A tương

Hình 1 19 Mô tả hoạt động của động cơ bước đơn giản

Như vậy, bằng cách tạo các dòng điện chạy qua các cuộn dây, ta đã làm xoay roto theo chiều mong muốn, mỗi lần quay một bước khoảng cách giữa hai cuộn dây sát nhau Như vậy nếu ta đặt các cuộn dây càng sát nhau thì ta có độ phân giải càng cao, các động cơ trong thực tế có thể đạt tới độ phân giải góc 0.72o một bước dịch chuyển

c) Phương pháp điều khiển động cơ bước

Hiện nay, có 4 phương pháp để điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến nhất, đó là:

- Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cho bộ điều khiển, hoạt động lần lượt theo đúng thứ tự nhất định cho từng cuộn dây pha

- Điều khiển động cơ bước đủ (Full step): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cùng lúc, đồng thời cho cả 2 cuộn dây pha được sắp xếp kế tiếp nhau

- Điều khiển động cơ nửa bước (Half step): Chính là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp điều khiển động cơ dạng sóng và điều khiển động cơ bước đủ Khi điều khiển động cơ theo phương pháp này thì giá trị của góc bước nhỏ hơn 2 lần và số bước của động cơ bước cũng sẽ tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bằng động cơ bước đủ Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này có bộ phát xung điều khiển vô cùng phức tạp nên ít được sử dụng

- Điều khiển động cơ vi bước (Microstep): Đây là phương pháp mới, chỉ được áp dụng trong quá trình điều khiển động cơ bước Từ đó, cho phép động cơ bước

dừng lại và định vị trong khoảng vị trí nửa bước chính giữa 2 bước đủ

Ưu điểm dễ thấy của phương pháp này chính là động cơ có thể hoạt động hiệu quả với góc bước nhỏ và độ chính xác rất cao Do xung cấp của động cơ có dạng sóng nên máy sẽ hoạt động êm hơn, hạn chế được các vấn đề cộng hưởng lực mỗi khi động cơ hoạt động

d) Các thông số của động cơ bước

Khi sử dụng động cơ nói chung cụ thể là động cơ bước, chúng ta cần quan tâm đến các thông số để chọn động cơ phù hợp với ứng dụng và các driver điều khiển Dưới đây là các thông số cơ bản của động cơ bước:

- Số pha: 2 pha/ 3 pha hay 5 pha

- Số bước: 0,720/bước -500 bước; 1,20/bước -300 bước; 1,80/bước -200 bước - Dòng tiêu thụ tối đa của mỗi pha: 1,2A hay 2A hay 4A Đây là dòng điện tối đa mà mỗi pha của động cơ có thể chịu được Nếu driver điều khiển nào có dòng điện mỗi pha cao hơn thông số nêu trên thì sẽ gây hỏng dây quấn stato động cơ Do đó, chúng ta nên lựa loại driver cho dòng điện chạy ra xấp xỉ 80 – 90% thông số trên đây

- Điên trở mỗi pha: 1,4Ω; 0,8Ω… thông số này coi như là một hằng số mà nhà sản xuất có ghi trên thân động cơ

- Hiệu điện thế: 2,8V hay 1,8V… Đây là thông số được xem là hiệu điện thế tối ưu để làm cho các stepper có thể hoạt động ổn định, ví dụ (2A * 1.4Ω = 2.8V)

- Ngoài ra còn các tham số khác như điện cảm cuộn dây, các thông tin của nhà sản xuất có ghi trên thân động cơ

e) Ứng dụng động cơ bước

Động cơ bước hiện nay đã và đang được ứng dụng rất nhiều và ngày càng phổ biến, chủ yếu là trong điều khiển chuyển động yêu càu chính xác trong ngành công nghiệp tự động hoá, đặc biệt là đối với các thiết bị máy móc cần phải có sự chính xác như robot, máy CNC, NC hay các dây truyền lắp ráp yêu cầu độ chính

xác tương đối cao và tốc độ không quá nhanh

f) Ưu nhược điểm của động cơ bước

- Động cơ bước có ưu điểm đầu tiên là khả năng cung cấp mô men

xoắn khá lớn, đặc biệt là ở dải vận tốc thấp và vận tốc trung bình

- Tuổi thọ cao, giá thành sản phẩm cũng tương đối thấp, do đó việc mua bán, trao đổi cũng khá thuận tiện, không gặp bất kỳ một trở ngại nào Không chỉ có vậy, việc thay thế động cơ bước trong quá trình sản xuất

cũng tương đối dễ dàng

- Động cơ bước hay xảy ra các hiện tượng bất ổn, chẳng hạn như bị trượt bước Lý do được biết đến đó là vì lực từ yếu hay đôi khi còn do

nguồn điện cấp vào động cơ không đủ hoặc tốc độ quá nhanh

- Động cơ bước thường gây ra tiếng ồn ào khó chịu và có hiện tượng

động cơ bị nóng dần lên khi làm việc

- Không nên sử dụng động cơ Step Motor cho các thiết bị máy móc đòi

hỏi tốc độ cao

2) Động cơ Servo

a) Giới thiệu chung về động cơ Servo

Servo bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là Servus (servant), nghĩa là nô lệ, đày tớ Một hệ thống được gọi là servo khi hệ thống đó chấp hành một cách chính xác mệnh lệnh của chủ nhân (tức là người điều khiển)

Hệ thống servo là hệ thống điều khiển các thiết bị cơ học với các biến là biến vị trí và tốc độ (giá trị đặt và giá trị thực) Động cơ servo hiện nay được sử dụng rất phổ biến trong các yêu cầu truyền động nhanh, chính xác như robot, NC, CNC hay các hệ thống tự động trong các Jig kiểm tra, lắp ráp sản phẩm Động cơ servo hiện nay được sử dụng phổ biến như động cơ servo DC, servor AC, servo hybrid, tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ và điều kiện kinh tế mà chọn các chủng loại cho phù hợp các truyền động

b) Cấu tạo động cơ Servo

Cấu tạo của động cơ servo cơ bản cũng giống động cơ thông thường gồm 2 bộ phận chính là Rotor và stato, ngoài ra còn thêm bộ phận mã hóa vòng quay (Encoder) Tuy nhiên khi nghiên cứu chi tiết thì các bộ phận như roto, stato và cấu trúc vật liệu có sự khác biệt so với động cơ thông thường

Hình 1 20 Hình ảnh động cơ Servo Hybrid

Với động cơ servo hybrid thì phần cấu tạo cơ bản giống động cơ servo và có thêm bộ mã hóa vòng quay hay còn gọi là bộ dò ( Encoder)

Với động cơ servo DC thì phần cấu tạo cơ bản giống động cơ một chiều kích từ độc lập và có thêm bộ mã hóa vòng quay hay còn gọi là bộ dò ( Encoder)

Hình 1 21 Hình ảnh minh họa động cơ Servo DC

Với động cơ servo AC thì phần cấu tạo cơ bản giống động cơ đồng bộ ba pha với roto có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc thanh dẫn thứ cấp được ngắn mạch giống động cơ roto lồng sóc và có thêm bộ mã hóa vòng quay hay còn gọi là bộ dò ( Encoder)

Hình 1 22 Hình ảnh minh họa cấu tạo động cơ Servo AC

b) Nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ Servo

Nguyên lý hoạt động động cơ servo về cơ bản sẽ tuân thủ nguyên tắc của các động cơ nền tảng như động cơ servo, động cơ một chiều, động cơ đồng bộ Trong tài liệu này chúng tôi không đi phân tích nguyên lý theo khía cạnh nền tảng về mặt từ trường của các động cơ mà phân tích về nguyên lý chung của động cơ servo, khi đó nguyên lý động cơ servo nói chung có thể được mô tả như sau :

Rotor của động cơ servo thường là một nam châm vĩnh cửu nên có từ trường mạnh, còn stator của động cơ cũng được cuốn các cuộn dây thành cuộn riêng biệt theo chủng loại khác nhau, nó được cấp nguồn theo một trình tự phù hợp để tạo ra từ trường quay làm quay rotor.

Nếu thời điểm và dòng điện cung cấp tới các cuộn dây của động cơ là chuẩn xác thì chuyển động quay của roto sẽ phụ thuộc vào tần số và pha, còn tốc độ thì phụ thuộc vào tần số xung điều khiển.

Động cơ servo được cấu thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín từ động cơ tới driver Khi động cơ hoạt động thì vận tốc, mô men và vị trí sẽ nhanh chóng được hồi tiếp về mạch điều khiển điều khiển và giám sát các thông số Khi đó, bất kỳ lý do nào gây ảnh hưởng đến chuyển động quay liên tục của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy rằng tín hiệu ra chưađạt được vị trí mong muốn Lúc này mạch điều khiển sẽ tiếp tục điều chỉnh sai lệch cho động cơ để đạt được vị trí chính xác nhất Nếu vì lý do nào đó không thể đạt được thì hệ thống động cơ servo sẽ dừng lại và báo lỗi.

c) Phương pháp điều khiển động cơ Servo

Tùy theo từng chủng loại động cơ servo mà có các phương pháp điều khiển cụ thể Tuy nhiên thông thường các động cơ servo sẽ có ddaaayf đủ hoặc một trong ba phương pháp điều khiển như: điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ, điều khiển mô men và các phương pháp tích hợp hai trong 3 phương pháp trên Các chế độ điều khiển cụ thể sẽ được giới thiệu chi tiết trong các tài liệu hướng dẫn sử dụng của

hãng

d) Các thông số của động cơ Servo

Mỗi chủng loại động cơ servo đều có một số thông số đặc chưng giống động cơ thông thường, còn lại có rất nhiều các thông số được quy định theo tiêu chuẩn do nhà sản xuất cung cấp, muốn tìm hiểu rõ hơn các bạn sẽ phải xem trong các tài liệu

hướng dẫn sử dụng do các hãng sản xuất cung cấp

e) Phân loại động cơ Servo và đặc điểm mỗi loại

Động cơ servo thường được chia làm 3 loại chính là servo DC, servo AC và servo hybrid

- Động cơ servo DC: Thường được sử dụng cho các dải công suất nhỏ, yêu cầu mô men không lớn và độ chính xác không cao Loại động cơ này có độ bền thấp hơn so với hai loại còn lại

- Động cơ servo AC: Thường được sử dụng cho các dải công suất lớn, yêu cầu mô men lớn và độ chính xác cao Loại động cơ này có độ bền cao, tuy nhiên giá thành rất đắt đỏ và sử dụng khá phức tạp

- Động cơ servo hybrid: Thường được sử dụng cho các dải công suất nhỏ, yêu cầu mô men không cao, độ chính xác cao, mô men khá lớn Loại động cơ này có độ bền cao, giá thành hợp lý và dễ sử dụng

- Ứng dụng động cơ Servo

Động cơ servo hiện nay đã và đang được ứng dụng rất nhiều và ngày càng phổ biến, chủ yếu là trong điều khiển chuyển động yêu cầu chính xác trong ngành công nghiệp tự động hoá, đặc biệt là đối với các thiết bị máy móc cần phải có sự chính xác như robot, máy CNC, NC hay các dây truyền lắp ráp yêu cầu độ chính

xác tương đối cao và tốc độ đáp ứng nhanh

1.3 Một số bộ điều khiển thường dùng sử dụng trong máy CNC

1.3.1 Bộ điều khiển máy CNC sử dụng bo mạch chuyên dụng

1) Bộ điều khiển máy CNC DDCS V3.1

Bộ điều khiển CNC DDCSV phiên bản V3.1 có màn hình và nút bấm lớn

hơn, nguồn riêng cho đầu vào và ra, khả năng chống nhiễu tốt hơn và nhiều ngõ vào ra hơn bản DDCSV 2.1

- Điện áp vào: 18-32VDC 1A DC - Số trục điều khiển: 3 trục hoặc 4 trục - Màn hình LCD: 5 inch

- Hỗ trợ đọc USB dung lượng lớn, không có giới hạn số dòng lệnh - Hỗ trợ chuẩn G code iso

- Hỗ trợ tay cầm, thay dao

2) Đặc điểm kỹ thuật

- Hệ thống không có máy tính, không cần thiết bị điều khiển khác

- Nội suy đồng thời 4 trục ngõ đầu vào, bao gồm cả dừng khẩn cấp, giới hạn hành trình và các chức năng khác ngõ đầu ra có thể lập trình, bao gồm làm mát dạng xối, làm mát bằng sương mù và các thiết bị ngoại vi được điều khiển khác

- Tốc độ trục chính điều chỉnh theo (0-10V) - Phần mềm hệ thống thiết kế độc lập

- Giao diện USB, hỗ trợ cho USB - Chuẩn cách điện DCDC

- Điện áp vào: 18-32VDC1A DC

- Tần số xung phát ra tới 500 Khz, phù hợp với cả động cơ Ac servo độ phân giải cao

- Hỗ trợ cho MPG tiêu chuẩn - Hỗ trợ hệ thống mã G chuẩn

- Thiết kế hệ thống nhúng để dễ dàng cài đặt trên bất kỳ tủ điều khiển nào - Hệ thống ổn định có thể chống nhiễu điện từ của động cơ trục chính

- Chip giao diện đầu ra tốc độ cao cung cấp tần số xung đủ cho tín hiệu đầu ra - Chip chuẩn công nghiệp để cải thiện sự ổn định của hệ thống