Trang bị điện cho máy CNC 3 trục

Trang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trụcTrang bị điện cho máy CNC 3 trục

Em cũng xin cảm ơn các thầy, cô trong khoa Công nghệ Tự động hóa vàtập thể lớp ĐKTĐ-K9A đã đóng góp những ý kiến quý báu cho em hoàn thiện đồ

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan nội dung đồ án “Trang bị điện cho máy CNC 3 trục “

là do em tự làm dựa trên các tài liệu, sách báo, các trang mạng dưới sự hướngdẫn giúp đỡ của các thầy cô, không sao chép từ bất cứ đồ án nào khác…

2

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay khoa học kĩ thuật phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng trongtất cả các lĩnh vực của cuộc sống Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật để tăng năngsuất lao động, tiết kiệm chi phí, năng lượng và đáp ứng các yêu cầu ngày càngcao của con người là rất cần thiết Hiện nay có rất nhiều ứng dụng đã được ứngdụng trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong công nghiệp sản xuất và quânsự…Đặc biệt trong công nghiệp, khoa học kỹ thuật ngày càng được phát triểnmạnh mẽ như: Hệ thống cảm biến, hệ thống chuyển động linh hoạt, hệ thống điềukhiển thông minh…Trong lĩnh vực gia công, tiện đồ trang trí và ví dụ thực tế nhưcác làng nghề sản xuất đồ gỗ nội thất còn quy mô nhỏ lẻ và thủ công , năng suấtđạt được không cao không đáp ứng được nhu cầu và cũng như chất lượng của thịtrường

Qua quá trình học tập nhóm em đã được học tập và tham khảo vận hành cácmáy gia công CNC trong thực tế Vì vậy nhóm quyết định làm đồ án về chế tạothiết kế máy CNC 3 trục để vận dụng những kiến thức đã được học từ nhà trườngvào thực tiễn cũng như ứng dụng tự động hóa giúp tăng năng suất, chất lượngvào sản suất công nghiệp

A.

3

A GIỚI THIỆU CHUNG

I Giới thiệu chung

Trong nền sản suất công nghiệp hiện đại, đòi hỏi khả năng về tự động vớiphương thức linh hoạt cao của dây truyền sản xuất, thì máy công cụ điều khiển sốCNC đóng vai trò rất quan trọng Sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lượnggia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thờirút ngắn được chu kỳ sản xuất nên ngày nay trên thế giới rất nhiều nước đã ápdụng rộng rãi máy công cụ số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo Bên cạnh đó, sự pháttriển về công nghệ thông tin đã gặt hái được rất nhiều thành tựu to lớn, các máytính số ngày càng được sản xuất nhiều với những tính năng tốc độ xử lý dữ liệucao, sử dụng dễ dàng, kết cấu nhỏ gọn, giá thành thấp

Chính vì thế, việc thiết kế bộ điều khiển nhỏ gọn, độ chính xác và tin cậycao trong quá trình gia công chi tiết máy, nâng cao hiệu quả kinh tế trên cơ sởmáy tính cá nhân PC là xu hướng phát triển của bộ điều khiển cho máy công cụ.Trên cơ sở đó nhóm chúng em lựa chọn đề tài thiết kế, chế tạo máy tiện CNC 3trục

II Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu tổng quan về lịch sử của CNC

- Lựa chọn phương án truyền động cho máy CNC 3 trục

- Mạch điều khiển và các thiết bị bảo vệ cho máy CNC 3 trục

III Các vấn đề đặt ra

Nghiên cứu cấu tạo chung của máy tiện CNC, nguyên lý hoạt động, nguyên

lý điều khiển, nội suy và kết quả cuối cùng là cho máy chạy được, gia côngđược các chi tiết mong muốn

- Sau khi chế tạo máy CNC ta phải định kỳ tiến hành sửa chữa, bảo dưỡng ,bảo trì các bộ phận cơ khí như căn chỉnh lại bàn máy, khử độ dơ của các bộ vít

4

me, đai ốc bi đế đảm bảo độ chính xác cao theo yêu cầu trong quá trình giacông chi tiết Sau khi đã hoàn thành máy.

- Thiết kế hệ thống truyền động còn thiếu, lắp đặt đồ gá truyền chuyển độngcho bàn máy từ động cơ bước thông qua bộ truyền đai răng, kết nối Microstepdriver với động cơ

- Làm mạch chuyển tiếp tương thích giữa cổng LPT và driver

- Sử dụng phần mềm để cài đặt các thông số gia công, đặt độ chính xác kíchthước gia công cho các trục X, Z và tiến hành gia công một số chi tiết mẫu điểnhình

- Viết phần mềm chương trình nội suy đường thẳng và đường tròn dựa trêncác thuật toán nội suy

- Tiến hành viết một giao diện trên các phần mềm lập trình chuyên dụng, từ

đó điều khiển, giám sát và mô phỏng quá trình gia công

- Thực hiện gia công một số chi tiết mẫu điển hình bằng phần mềm mànhóm tự thiết kết

IV Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về máy công cụ điều khiển số, lập trình, cổng songsong, động cơ bước, driver trên internet, sách và các tài liệu từ đó hiểu biết vềcác lý thuyết này, đồng thời với việc nghiên cứu là tiến hành thử nghiệm

Sau khi thử nghiệm, đánh giá rút ra được những đặc tính của cơ cấu chấphành phù hợp với yêu cầu của đề tài, từ đó thực hiện việc gá đặt các bộ phận cơkhí và ghép nối các các cơ cấu chấp hành với máy tính PC để được một hệ thốngphần cứng hoàn chỉnh, làm cơ sở cho việc viết phần mềm điều khiển

Từ lý thuyết nghiên cứu được tiến hành viết chương trình điều khiển và môphỏng trên máy tính sau đó thử nghiệm các mô-đun điều khiển của chương trìnhthiết kế trên kết cấu cơ khí thật

V Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

5

Vì điều kiện thời gian và chi phí hạn chế, mặt khác do nghiên cứu về máyCNC là một đề tài lớn Trong phạm vi đồ án nhóm đề tài nghiên cứu về mảngđiều khiển của máy tiện với những đặc tính sau:

- Máy có công suất vừa, động cơ sử dụng cho các trục là động cơ bướcđược điều khiển bằng các Driver công suất máy phục vụ cho quá trình nghiêncún về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và điều khiển của máy tiện CNC

- Máy có thế gia công những vật liệu mềm như: nhôm, nhựa, gỗ phù hợpvới nhưng yêu cầu kỹ thuật đưa ra

- Xây dựng phần giao diện kiểm soát, điều khiển và mô phỏng được quátrình gia công chi tiết

- Chương trình nội suy được viết trên máy tính nghĩa là toàn bộ quá trìnhtính toán nội suy và đưa các xung điều khiển đến các Driver rồi đến động cơ điềukhiển dịch chuyển các trục máy được thực hiện nhờ đó độ chính xác cao

VI Bố cục đề tài

Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy CNC 3 trục được chia làm 4 phầnbao gồm các phần sau

1 Thiết kế cơ khí cho máy CNC 3 trục

2 Trang bị điện cho máy CNC 3 trục

3 Nghiên cứu quy trình sinh mã G-Code cho máy CNC và ứng dụngphần mềm sinh mã G-Code cho máy CNC 3 trục

4 Điều khiển và giám sát hoạt động của mô hình máy CNC 3 trục

Trong đó em phụ trách về phần Trang bị điện cho máy CNC 3 trục Báo cáo

đồ án của em gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển máy CNC

Trong chương này, bài nêu lên tổng quan về lịch sử phát triển của máy CNCgiới thiệu một số loại máy đặc trưng của CNC như: Máy khoan CNC, máy phayCNC, máy tiện CNC, máy doa CNC, máy mài CNC

6

Trong đó nhóm chúng em lựa chọn chế tạo máy khoan CNC trục đứng đểgiảm chi phí, thời gian khi chế tạo máy cũng như vẫn đạt được sự chính xác khigia công chế tạo sản phẩm Nêu được tổng quan về hệ thống cơ khí.

Chương 2: Lựa chọn phương án truyền động cho máy CNC 3 trục

Nêu được lựa chọn phương án truyền động về động cơ trục chính, cũng nhưđộng cơ bước

Sau khi tính toán nhóm chúng em sử dụng động cơ bước từ trở biến thiêncho hệ thống với phương pháp điều khiển đơn giản và giá thành thấp Về động cơkhoan (spin) sử dụng động cơ điện xoay chiều một pha rotor dây quấn (động cơmáy khoa hay tên gọi khác là động cơ vạn năng)

Chương 3: Mạch điều khiển và thiết bị bảo vệ cho máy CNC 3 trục

Chương trình bày về lựa chọn các thiết bị bảo vệ, nguồn, thiết bị điềukhiển,… các thiết bị điện được trang bị Từ đó nêu được được mạch điều khiển

và nguyên lý điều khiển cho toàn bộ máy CNC 3 trục

VII Kết quả đạt được

- Nắm được nguyên lý hoạt động của máy CNC 3 trục

- Hiểu được tổng quan về lịch sử phát triển của CNC 3 trục

- Lựa chọn được phương án truyền động cho máy CNC 3 trục

- Lựa chọn được mạch điều khiển dựa trên tính chọn các thiết bị

- Thiết kế và chế tạo được máy CNC 3 trục

7

MỤC LỤC

B NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 3

1.1 Lịch sử phát triển 3

1.2 Phân loại và công dụng 5

1.2.1 Phân loại 5

1.2.2 Công dụng 9

1.3 Tổng quan gia công máy CNC 3 trục 10

1.3.1 Phần cơ khí 11

1.3.2 Các thiết bị điện và phần điều khiển của máy 17

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO MÁY CNC 3 TRỤC 18

2.1.Các thiết bị truyền động chính 18

2.1.1 Động cơ vạn năng 18

2.1.2 Nguyên lý làm việc và đặc tính động cơ máy khoan (động cơ vạn năng) 19

2.1.3 Ưu điểm và nhược điểm 20

2.2 Động cơ bước 22

2.2.1 Động cơ bước biến trở từ 26

2.2.2 Đặc điểm của hệ truyền động điện động cơ bước 27

2.2.3 Nguyên lý hoạt động và điều khiển động cơ một chiều 28

2.2.4 Điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ 29

2.2.5 Các chế độ hoạt động 31

2.2.6 Đặc tính cơ động cơ bước và các phương pháp điều khiển 32

8

CHƯƠNG 3: MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ CHO

MÁY CNC 3 TRỤC 45

3.1 Nguồn 45

3.2 Thiết bị bảo vệ 45

3.2.1 Contactor 45

3.2.2 Rơ le bán dẫn (Solid state relay) 47

3.3 Nút bấm 50

3.4 Công tắc hành trình 51

3.4 Driver 53

3.5 Cổng LPT 57

3.6 Mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động của máy CNC 59

3.7 Thực nghiệm 62

3.7.1 Vị trí lắp đặt động cơ 63

3.7.2 Kết nối với hệ thống điều khiển 64

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

B.

9

C.

B NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Lịch sử phát triển

Lịch sử hình thành máy CNC (computer numerical controlled) là nhữngcông cụ gia công kim loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêucầu của công nghệ hiện đại Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máytính, ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắttia nước có hạt mài, máy đột rập và nhiều công cụ công nghiệp khác Thuật ngữCNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiểncác chuyển động và thực hiện quá trình gia công kim loại

Hình 1.1 Hình ảnh máy CNC

Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất côngnghiệp Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúcphức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do conngười thực hiện được giảm thiểu

Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sựphát triển đáng kể về chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC giảm

thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác.Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cầnthiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác.

Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổhợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy CNC ngàynay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộphận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản

vẽ in của từng chi tiết Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robotcông nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác sản xuất(trong tầm giới hạn)

CNC gia công kim loại như máy cắt, máy khoan, máy cán, máy mài Cùngvới nó, các công nghệ điều khiển bằng thuỷ lực, khí nén, bằng điện cũng đượcphát triển, điều khiển chuyển động đòi hỏi sự chính xác trở nên dễ dàng hơn.Năm 1947, không lực Hoa Kỳ thấy rằng sự phức tạp trong thiết kế và hình dạngcủa các chi tiết máy bay, như cánh quạt của trực thăng hay các chi tiết của đầuphóng tên lửa chính là nguyên nhân khiến cho các nhà sản xuất không giao hàngđúng hẹn Khi đó, John Parsons, Parsons Corporation, thành phố Traverse, bangMichigan đã bắt đầu nghiên cứu với ý tưởng về một chiếc máy công cụ có thểthao tác ở mọi góc độ, sử dụng dữ liệu số để điều khiển chuyển động của máy Năm 1949, USAMC giao cho Parsons một hợp đồng phát triển NC vàphương pháp tăng tốc trong sản xuất Parsons sau đó đã chuyển thầu lại chophòng thí nghiệm Servomechanism – đại học Massachusetts Institute ofTechnology (MIT) Năm 1952 họ đã thành công với chiếc máy có đầu cắt chuyểnđộng 3 chiều Rất nhanh sau đó, hầu hết các nhà sản xuất máy công cụ đều cho racác máy NC Năm 1960, tại triển lãm máy công cụ ở Chicago, hơn 100 máy NC

đã được trưng bày Hầu hết các máy này đều giống nhau ở nguyên tắc điều khiển

vị trí điểm - điểm

Nguyên lý của máy NC được thiết lập một cách vững chãi Từ đây, NCđược cải tiến nhanh chóng trong công nghiệp điện tử để phát triển các sản phẩm

mới Các bộ điều khiển trở nên nhỏ hơn, đáng tin cậy hơn và rẻ hơn Sự pháttriển của các máy công cụ, các bộ điều khiển khiến cho chúng được sử dụngnhiều hơn Cho tới năm 1976, những máy NC điều khiển hoàn toàn tự động theochương trình mà các thông tin viết dưới dạng số đã được sử dụng rộng rãi Cũngvào năm đó, người ta đã đưa một máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NCnhằm mở rộng đặc tính điều khiển và mở rộng bộ nhớ của máy, các máy nàyđược gọi là các máy CNC (Computer Numerical Control) Và sau đó, các chứcnăng trợ giúp cho quá trình gia công ngày càng phát triển Vào năm 1965, hệthống thay dao tự động được đưa vào sử dụng, năm 1975 thì hệ thống CAD –CAM – CNC ra đời.

1.2 Phân loại và công dụng

1.2.1 Phân loại

Cùng với sự phát triển không ngừng của máy tính, hệ thống điều khiến sốđược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có máy công cụ Dướiđây trình bày một số dạng máy công cụ CNC thường gặp trên thị trường

- Máy khoan CNC ( Drilling machine)

Hình 1.2 Máy khoan trục đứng

Đặc điểm chính của máy khoan đó là hệ toạ độ máy hình thành trên cơ sở

hệ toạ độ Decac theo nguyên tắc bàn tay phải với 3 trục vuông góc với nhau Hệthống điều khiển là hệ thống điều khiển theo vị trí (point to point) Vì vậy hệ điều

khiển này không cần cụm nội suy thẳng và cong Hệ điều khiển máy khoan CNCđược thiết kế với khả năng điều khiển tương thích với hai cách viết chương trình:

hệ tuyệt đối và hệ gia số

Thông thường cấu trúc cơ bản của máy khoan vạn năng cũng như máykhoan CNC là trục chính bố trí thẳng đứng trùng với trục z của hệ toạ độ Decac.Bàn máy bố trí trong mặt phẳng nằm ngang trùng với mặt phẳng XOY của hệ toạ

độ Decac và vuông góc với trục chính

- Máy phay CNC ( Milling machine)

Hình 1.3 Máy phay CNC

Cấu trúc của máy phay cũng được thiết kế trên cơ sở hệ toạ độ Decac theonguyên tắc bàn tay phải với ba trục toạ độ vuông góc với nhau như máy khoan.Máy phay có thể có nhiều trục máy (trục chuyển động), số trục máy ít nhất củamáy phay là CNC được trang bị hệ thống lưu trữ dụng cụ, thiết bị thay dụng cụ,

cơ cấu kẹp, tháo phôi và thay phôi tự động

Máy phay CNC có cấu trúc trục chính thắng đứng được gọi là máy phayđứng Máy phay CNC có trục máy bố trí nằm ngang gọi là máy phay ngang Máy

phay CNC được trang bị hệ thống điều khiển mạnh để tính toán quỹ đạo chuyểnđộng của dụng cụ, nội suy thẳng, nội suy vòng và các đường cong phức tạp( spline) Để gia công các đường cong và các bề mặt phức tạp, máy phay CNCcần phải có số trục máy ít nhất là 3.

- Máy tiện CNC (turning machine)

Hình 1.4 Máy tiện CNC

Cấu trúc cơ sở của máy tiện CNC là trục chính thường bố trí nằm nganghoặc thẳng đứng, bàn máy có thể bố trí trên mặt phẳng nằm ngang hoặc trên mặtphẳng nghiêng Phôi được kẹp bằng mâm cặp hoặc được đặt trên hai đầu chốngtâm và đầu chống tâm có khía để truyền momen xoắn

Máy tiện có thể có nhiều trục chính, một hoặc nhiều bàn xe dao và đầuRơvonve Máy tiện CNC có khả năng công nghệ rộng như: tiện trơn, tiện ren,khoan, khoét, khoan tâm, cắt đứt, tiện mặt đầu



 Máy doa CNC ( Boring machine)

Hình 1.5 Máy doa CNC

Trục chính của máy doa CNC thường bố trí nằm ngang hoặc thẳng đứng.Khi nghiên cứu đặc trưng công nghệ thực hiện trên máy doa, người ta nhận thấycấu trúc máy doa hợp lý nhất là trục chính nằm ngang Đặc điểm công nghệ doađòi hỏi máy doa phải có độ chính xác vị trí Vì vậy máy thường được trang bị hệthống điều khiển với mức độ tự động hoá cao và được trang bị hệ thống thayphôi, dụng cụ tự động Máy doa có số trục điều khiển lớn nhất là 8

Hệ điều khiển máy được thiết kế nằm đảm bảo máy có khả năng tự độnghoá lựa chọn chế độ gia công cho phù hợp vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi.Máy có tính năng xác định lượng mòn của dụng cụ và thực hiện hiệu chỉnh lượngmòn ngay trong quá trình gia công Đồng thời máy còn được trang bị phần mềm

đồ hoạ đủ mạnh để mô phỏng quá trình gia công chi tiết trên máy



 Máy mài CNC ( Grinding machine)

Hình 1.6 Máy mài CNC

Dựa trên cơ sở công nghệ, máy mài CNC được phân ra thành các loại khácnhau Máy mài có các loại: mài tròn ngoài, mài răng, mài định hình và các dạngkhác Máy mài có số trục máy từ 2 đến 9 trục

Công nghệ mài đòi hỏi độ chính xác, độ bóng bề mặt cao Vì vậy độ chínhxác của máy mài CNC cao hơn so với các máy CNC khác

1.2.2 Công dụng

Khi chi tiết có độ phức tạp cao, lựa chọn phương pháp gia công phù hợpnhất là gia công trên máy CNC Bởi vì gia công trên máy CNC rút ngắn thời giangia công, đạt độ chính xác yêu cầu và giá thành rẻ hơn so với khi gia công trênmáy công cụ vạn năng và máy tự động vạn năng Khả năng thay đổi dạng sảnphẩm chế tạo nhanh vì chỉ cần thay đổi chương trình điều khiến mà không cầnthay đổi cấu trúc máy hoặc thêm các đồ gá chuyên dùng Máy điều khiển số đápứng được tính linh hoạt của sản xuất Chi phí cho sản xuất dụng cụ cắt nhỏ hơn

vì máy có khả năng đánh giá được lượng mòn dụng cụ ngay trong quá trình giacông và tự động điều chỉnh máy để bù lượng mòn dụng cụ

Máy CNC có tính năng tự động kiểm tra chất lượng ngay trong quá trìnhgia công Các máy thông thường không có khả năng này Do không có chức năng

này, các máy vạn năng không giám sát được quá trình gia công cho nên tổn phícho kiểm tra chất lượng cao hơn so với máy CNC.

Thời gian gia công chi tiết ở trên máy CNC nhỏ hơn so với máy vạn năng

vì tập trung nguyên công cao, gia công nhiều nguyên công trong cùng một lúc.Máy CNC không cần dùng các đồ gá chuyên dùng để gá kẹp phôi

 Do hầu hết các máy CNC có cấu tạo là cố định trục X, Y di chuyển trục Znhư máy phay CNC, máy tiện CNC, máy doa CNC, máy mài CNC Nên kết cấumáy cần có độ vững chắc, kết cấu máy tốt và ổn định, cần độ chính xác cao khigia công nên máy sử dụng động cơ servo là động cơ máy khoan và sử dụng bộbiến tần điều chỉnh tốc độ động cơ dẫn đến chi phí chế tạo máy rất cao chỉ phùhợp với các doanh nghiệp Tuy nhiện trong hệ thống máy CNC có máy CNCkhoan đơn trục có thiết kế đơn giản, chi phí chế tạo phù hợp với quá trình nghiêncứu cũng như gia công ở tần suất thấp

Do mặc hạn chế về thời gian và kinh phí lắp đặt và chế tạo nhóm đã quyếtđịnh lựa chọn thiết kế chế tạo loại máy CNC khoan đơn trục với thiết kế đơngiản, phù hợp với kinh tế và vẫn đảm bảo được độ chính xác khi gia công chế tạosản phẩm

1.3 Tổng quan gia công máy CNC 3 trục

Quá trình thiết kế, chế tạo máy CNC 3 trục của nhóm em gồm 3 phần chínhlà: cơ cấu cơ khí, trang bị điện và thiết kế chế Sau khi nhóm em đã thống nhất

về phần cơ khí, trang bị điện và phần điều khiển nhóm em bắt đầu thiết kế chếtạo máy CNC 3 trục Trong đó em đi sâu về trang bị điện cho máy CNC 3 trục

Cấu tạo máy CNC Gồm 2 phần chính đó là:

Phần cơ khí: đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục mít me bi, ổ tích

dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng

Ở Việt Nam hiện nay chưa thể chế tạo ra 2 bộ phận quan trọng của máy là:cụm trục chính và băng dẫn hướng mà mới chỉ chế tạo được những cơ cấu đơngiản là: thân máy, bàn máy, bàn xoay

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

trung tâm

1.3.1 Phần cơ khí

a Phần khung

Về kết cấu thân máy:

+ Thân máy phải có độ cứng vững cao

+ Phần đế máy (chân máy) phải đảm bảo sự cân bằng của toàn máy khi bànmáy di chuyển, không bị lệch trọng tâm máy

Hình 1.7 Khung máy

b Hệ thống thanh trượt

Thanh dẫn hướng có nhiệm vụ là dẫn hướng cho các chuyển động của bànmáy theo phương các trục X, Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trụcchính Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng chịu tải cao,cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt

Hình 1.8 Thanh trượt bi

c Thanh vít me

Vít me bi và đai ốc có 1 đường được lắp đầy bởi những viên bi thép Khitrục vít xoay, những viên bi cuộn tròn trong mối ren của trục vít và đai ốc Điềunày nhằm giảm ma sát của chúng Bởi vì các viên bi cuối cùng sẻ rơi ra ngoài,nên đai ốc có một đường ống dẫn về để vét những viên bi khỏi rãnh của trục vít

và đưa chúng trở lại phần đầu của đường bi ở phía cuối của đai ốc

- Vít me bi trục X:

Hình 1.9 Vít me trục X

Hình 1.12 Khớp nối mềm

Đây là dạng kết cấu đơn giản, độ bền cao, giá thành hợp lý, dễ dàng giacông tại các xưởng tiện Khi lắp ráp yêu cầu độ chính xác, độ đồng tâm tuyệt đốigiữa trục vít me và trục động cơ

e Liên kết giữa ray trượt và thân máy, bàn máy

Để liên kết giữa ray trượt và thân máy, cũng như liên kết ray trượt với bànmáy ta sử dụng mối ghép bulong, đai ốc

Hình 1.13 Bulong đai ốc

f Kết cấu bàn máy

Bàn máy được thiết kế để di chuyển theo 2 trục x, y

Bàn máy có hình dạng như sau:

Hình 1.14 Bàn máy Cấu tạo bàn máy

Hình 1.15 Bàn máy và ray trượt phương X, phương Y

g Kết cấu đầu trục Z

Cấu tạo của máy theo trục Z

Hình 1.16 Kết cấu trục Z (1) Động cơ dẫn động trục Z (2) Tấm gá trục Z

(3) Tấm gá động cơ trục chính (4) Động cơ trục chính

1.3.2 Các thiết bị điện và phần điều khiển của máy

- Phần mềm điều khiển MACH 3 trên máy tính

Về các thiết bị khác như:

- Nút bấm

- Nguồn

- Cổng LPT

Kết luận: Trong chương 1 tác giả đã giới thiệu tổng quan về quá trình hình

thành và phát triển của máy gia công CNC, giới thiệu các thiết bị cơ khí, các thiết

bị điện và ứng dụng Qua đó hiểu được tổng quan về các thiết bị của máy CNC 3trục vấn đề tiếp theo của là lựa chọn phương án truyền động cho máy CNC 3 trục

sẽ được tìm hiểu rõ hơn ở trong Chương 2

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO

MÁY CNC 3 TRỤC 2.1.Các thiết bị truyền động chính

Với ưu điểm là có thể khởi động trực tiếp, phương pháp điều khiển dễ dàng,hoạt động ổn định ít hỏng hóc và quan trọng là giá thành thấp mà vẫn đảm bảo

độ chính xác và ổn định khi gia công Vì vậy nhóm chúng em quyết định chọnđộng cơ trục chính sử dụng động cơ máy khoan (động cơ vạn năng) là động cơ

cổ góp điện là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 1 pha

2.1.1 Động cơ vạn năng

Động cơ vạn năng (UNIVERSAL MOTOR hoặc SERIE MOTOR) hay còngọi là động cơ cổ góp điện là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 1 pha cấutạo gồm có 2 phần

Stato: là phần đứng yên ( phần cảm) bên trong có gắn cực từ chính và cực

từ phụ

+ Cực từ chính: được ghép bởi những lá thép kĩ thuật điện (tonsilic) dàykhoảng 0,5 mm và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt Cực từ chính tạo nên từtrường chính trong máy và phân bố từ trường trên bề mặt phần ứng

Cực từ gắn lên vỏ máy bằng bulong hoặt đinh vít Dây quấn kích từ là dâyđồng hoặt dây nhôm các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối tiếpvới nhau

+ Cực từ phụ: các cực từ phụ được đặt xen kẽ giữa các cực từ chính để hạnchế các tia lửa điện và cải thiện đổi chiều

Lõi thép cực từ phụ thường làm bằng thép, dây quấn bằng đồng hoặt nhômđược bọc cách điện, mắt nối tiếp với phần ứng

Các bộ phận khác và cơ cấu chổi than gồm (chổi than được đặt trong hộpchổi than, giá chổi than)

Rotor: phần quay hay còn gọi là phần ứng, gồm trục, lõi thép, dây quấn, cổgóp.

+ Lõi thép phần ứng: gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại, thành hìnhtrụ Trên bề mặt lõi thép người ta dập rãnh ở xung quanh và được quấn dây theomột trật tự nhất định, các đầu cuộn dây này được nối ra đầu cổ góp để tạo thànhmạch kín gọi là phần ứng dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng, nhôm trònhoặt dẹp

Cổ góp (vành đổi chiều) điện được cấu tạo nhiều phiến đồng ghép lại vàđược cách điện độc lập với nhau bởi mica, cổ góp cũng được cách điện với trụcrotor bằng ống phíp Nhiệm vụ của cổ góp điện là chỉnh lưu suất điện động xoaychiều thành suất điện động một chiều trên các chổi than, chổi than tiếp xúc tì lên

cổ góp Để lấy điện ra ngoài hoặt ngược lại đưa nguồn diện một chiều vào trongdây quấn phần ứng

Hình 2.1 Hình ảnh vể động cơ máy khoan (động cơ vạn năng)

2.1.2 Nguyên lý làm việc và đặc tính động cơ máy khoan (động cơ vạn năng)

 Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc của động cơ máy khoan (động cơ vạn năng) cũng tương

tự như ở máy điện kích từ nối tiếp Từ trường của cực từ chính tác dụng với dòngđiện ở cuộn dây phần ứng tạo thành momen quay vì mạch điện vào động cơ qua

stato và roto nối tiếp nhau Do đó có thể coi phần cảm và phần ứng cùng pha vàmômen của chúng sinh ra có chiều tác dụng không đổi làm cho động cơ quay.

 Đặc tính động cơ động cơ máy khoan (động cơ vạn năng)

Đặc tính của của động cơ vạn năng là vận hành với tốc độ cao và có mômenquay lớn so với các động cơ khác Khi làm với nguồn điện một chiều thì số vòngcuộn kích từ nhiều hơn và hiệu suất cao hơn

Phần cảm (stator) đấu nối tiếp với phần ứng (rotor) qua hai chổi than đặctrên đường trung tính hình học và đối xúng qua tâm Dòng điện qua mỗi nhánhcủa phần ứng bằng 1/2 dòng điện chính qua chổi than

 Công suất điện mức của động cơ điện một pha đẳng trị

PdmI = βS.Pdm = 1.630 = 630 WVới βS =1: Hệ số qui đổi tra theo sách động cơ không đồng bộ ba pha và

một pha công suất nhỏ theo sổ tay của thầy Trần Khánh Hà

 Công suất tính tốn của động cơ điện một pha :

PSI = = = 1200WTrong đó 0,72 chọn = 0,72

Cos 0,73 chọn Cos = 0,73

2.1.3 Ưu điểm và nhược điểm

- Mômen mở máy và khả năng quá tải tốt

- Có thể dùng với nguồn xoay chiều hay nguồn 1 chiều

 Nhược điểm

- Cấu tạo phức tạp

- Vành góp và chổi than dễ mòn và hư hỏng



 Phương pháp điều khiển tốc độ

Có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều như điềukhiển bằng biến tần, thay đổi điện áp phần ứng

Với phương pháp điều khiển điện áp phần ứng để thay đổi tốc độ động cơchỉ áp dụng cho các động cơ công suất nhỏ và trung bình còn với động cơ côngsuất lớn và cần độ chính xác phương pháp này sẽ ảnh hưởng tới độ chính xáccũng như tác động tới mạch động cơ do sự tặng hạ áp liên tục gây hỏng động cơ.Với động cơ xoay chiều công suất lớn sử dụng biến tần và bộ encoder đểđiều khiển là tối ưu nhất, đảm bảo tốc độ quay của động cơ tránh bào mòn vàhỏng động cơ nhưng chi phí cho bộ biến tần khá đắt và vượt quá khả năng tàichính của nhóm

Kết luận: Nhóm em đã để động cơ mặc định ở chế động max là 23000v/p

không tác động điều chỉnh tốc độ động cơ vì gia công trên vật liệu mềm nhưng

gỗ, alu, nhôm nên vẫn đảm bảo được độ chính xác và độ ăn dao trên các vật liệu

mà không ảnh hưởng đến chất lượng và giảm được chi phí phát sinh để mua biếntần

2.2 Động cơ bước

Khái niệm: Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điệnkhông dùng bộ chuyên mạch Cụ thể, các mấu trong động cơ là Stator và Rotor lànam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là nhữngkhối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính Tất cả các mạch đảo phải được điềukhiển bên ngoài bộ điều khiển, và đặc biệt các động cơ và bộ điều khiển đượcthiết kế để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quayđến bất kỳ vị trí nào

Hầu hết các động cơ bước cho phép chúng quay khá nhanh và với một bộđiều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở vị trí bất kỳnào đó

Hình 2.2 Động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệtvới đa số các động cơ điện thông thường Thực chất nó là một động cơ đồng bộdùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng xung điện rời rạc kế tiếp nhauthành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của rotor có khả năng cốđịnh roto ở những vị trí cần thiết

Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơngiản, những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọngtĩnh, nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫndùng hệ điều khiển vòng kín với động cơ bước Nếu một động cơ bước trong hệđiều khiển vòng mở quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và

hệ thống phải nhận diện lại

 Cấu tạo: có thể nói là tổng hợp của hai động cơ

1 Đông cơ một chiều không tiếp xúc

2 Động cơ giảm tốc không đồng bộ công suất nhỏ

 Ưu điểm:

+ Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho cả điều khiển vị trí

và vận tốc

+ Thích hợp với các thiết bị điều khiển số

+ Khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ bước trở thành thông dụngtrong các thiết bị cơ điện tử hiện đại

Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.

 Nhược điểm:

+ Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình

+ Việc nghiên cứu nâng công suất động cơ bước đang là vấn đề rất đượcquan tâm hiện nay

+ Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác

 Phân loại động cơ bước

Xét về cấu tạo động cơ bước có 3 loại chính:

+ Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

+ Động cơ bước biến trở từ

+ Động cơ bước lai (động cơ bước hỗn hợp)

 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Động cơ nam châm vĩnh cửu lại được chia làm 3 loại: kiểu đơn cực, kiểunhiều pha

Kiểu đơn cực:

Hình 2.3 Sơ đồ đấu dây của kiểu đơn cực

Với một đầu nối trung tâm trên các cuộn Khi dùng, các đầu nối trung tâm thuờng được nối vào cực dương nguồn cấp và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn đó

Kiểu nhiều pha:

Hình 2.4 Sơ đồ kiểu nam châm vĩnh cửu nhiều pha

Kiểu nhiều pha không được dùng phổ biển các cuộn được quấn nối tiếp thành một vòng kín như hình 2.4 Thiết kế với loại này sử dụng dây nối 3 pha và

5 pha

 Động cơ bước biến trở từ

Hình 2.5 Sơ đồ đấu dây của động cơ bước biến trở từ

 Động cơ bước lai (động cơ bước hỗn hợp)

Hình 2.6 Động cơ bước lai (động cơ bước hỗn hợp)

Về cấu tạo kết hợp cả 2 loại trên, phát huy được ưu điểm của 2 loại Rotorcho động cơ bước lai có nhiều răng, giống như loại từ thông thay đổi, chứa lõi từhóa tròn đồng tâm xoay quanh trục của nó Có mômen hãm khi ngắt điện, cómômen giữ và mômen quay lớn, hoạt động với tốc độ cao và có số bước lớn.

Kết luận: Trong thực tế sau khi tính toán nhóm chúng em sử dụng động cơ

bước từ trở biến thiên nên bài chỉ tập trung đi sâu về đặc điểm của hệ truyềnđộng điện, nguyên lý hoạt động và điều khiển, điều khiển tốc độ và chiều quayđộng cơ, các mạch điều khiển động cơ của động cơ bước từ trở biến thiên

2.2.1 Động cơ bước biến trở từ

Hình 2.7 Cách nối dây của động cơ có 3 cuôn dây

Nếu motor có 3 cuộn dây, được nối như trong biếu đồ hình, với một đầu nốichung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ trở Khi sửdụng, dây nối chung thường được nối vào cực dương của nguồn và các cuộnđược kích theo thứ tự liên tục Dấu thập trong hình là rotor của động cơ biến từtrở quay 30 độ mỗi bước Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6 cực,mỗi cuộn quấn quanh hai cực đối diện Khi cuộn 1 được kích điện, răng X củarotor bị hút vào cực 1

Nếu dòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độtheo chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2 Để quay động cơ này mộtcách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luân phiên cho 3 cuộn Theo

logic đặt ra, có nghĩa là có dòng điện đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽquay động cơ theo chiều kim đồng hồ 24 bước hoặc 2 vòng:

Cuộn 1 1001001001001001001001001

Cuộn 2 0100100100100100100100100

Cuộn 3 0010010010010010010010010

Thời gian —>

Nhóm sử dụng điều khiển vi bước 0,45o độ mỗi bước, dùng số răng rotor và

số cực stator tối thiểu Sử dụng nhiều cực và nhiều răng hơn cho phép động cơquay với góc nhỏ hơn Tạo mặt răng trên bề mặt các cực và các răng trên rotormột cách phù hợp cho phép các bước nhỏ đến vài độ

2.2.2 Đặc điểm của hệ truyền động điện động cơ bước

Hệ truyền động động cơ bước có 5 đặc điểm cơ bản:

1 Không chổi than: Không xảy ra hiện tượng đánh lửa chổi than làm tổn haonăng lượng, tại một số môi trường đặc biệt (hầm lò ) có thể gây nguy hiểm

2 Tạo được mômen giữ: Một vấn đề khó trong điều khiển là điều khiểnđộng cơ ở tốc độ thấp mà vẫn giữ được mômen tải lớn Động cơ bước là thiết bịlàm việc tốt trong vùng tốc độ nhỏ Nó có thể giữ được mômen thậm chí cả vị trínhờ vào tác dụng hãm lại của từ trường rotor

3 Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất lớn của động cơ bước là ta

có thể điều chỉnh vị trí quay của rotor theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vịtrí như các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khácvới servo)

4 Độc lập với tải: Với các loại động cơ khác, đặc tính của tải rất ảnh hưởngtới chất lượng điều khiến Với động cơ bước, tốc độ quay của rotor không phụthuộc vào tải (khi vẫn nằm trong vùng mômen có thể kéo được) Khi mômen tảiquá lớn gây ra hiện tượng trượt, do đó không thể kiểm soát được góc quay

5 Đáp ứng tốt: Động cơ bước có thể đáp ứng tốt khi khởi động, dừng và đảochiều quay một cách dễ dàng.

2.2.3 Nguyên lý hoạt động và điều khiển động cơ một chiều

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnhcửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điệnmột chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnhlưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor

là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi thantiếp xúc với cổ góp

Nguyên tắc hoạt độngcủa động cơ điện một chiều

Pha 1: Từ trường của rotor

cùng cực với stator, sẽ đẩy

nhau tạo ra chuyển động quay

của rotor

Pha 2: Rotortiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện

sẽ đổi cực sao cho từ trườnggiữa stator và rotor cùng dấu,

trở lại pha 1

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động

cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện độngcảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay

sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sứcđiện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sứcđiện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng nhưmột máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéotrục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơbao gồm 2 thành phần: Sức phản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở

nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biềuthức sau:

I = (VNguonn − VPhanDienDong) / RPhanUng

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

P = I * (VPhanDienDong)Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non,cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnhđối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay tráicủa Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay

Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyểnmạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ có vấn đề là khi mặt củacuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa là lực quay của động cơbằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phưng ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quaytheo quán tính

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiềuphiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục

và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor

Khác với động cơ đồng bộ bình thường, rotor của động cơ bước không cócuộn dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số Rotor củađộng cơ bước có thể được kích thích (rotor tích cực) hoặc không được kích thích(rotor thụ động)

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từngbước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các

bộ chuyên mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stator theo thứ tự và mộttần số nhất định Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch,cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi vàtần số chuyển đổi

2.2.4 Điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ

Động cơ bước thường quay theo các bước xác định vì vậy mà nó thường sửdụng chủ yếu để điều khiển thích nghi nghĩa là tốc độ quay biến đổi liên tục,thậm chí động cơ bước phải dừng và đứng yên ở vị trí bám sát Với lẽ đó, vận tốcquay của động cơ bước thường luôn được hiểu là vận tốc trung bình vtb

s

f

n60.Trong đó:

n: tốc độ quay ( v/ph )

f: tần số xung ( bước/phút )

s: số bước trong một vòng quay

Ngoài ra còn các thông số quan trọng khác như độ chính xác vị trí, mômen

và quán tính của động cơ

Từ công thức ta thấy việc điều khiển động cơ bước được thực hiện bằngcách thay đổi tần số dịch bước f Lưu ý rằng tần số dịch bước f trong trường hợptổng quát không đồng nhất với tần số các xung điều khiển, mà nó là tổ hợp của

sự biến đổi các trạng thái của các xung điều khiển đó và việc điều khiển nàyđược thực hiện bởi bộ vi xử lý Vận tốc tức thời và vận tốc trung bình trên đồ thịmômen và vận tốc phải nhỏ hơn vận tốc cực đại vmax thì mômen động cơ mới giữmức cực đại

Chiều quay của động cơ bước phụ thuộc vào thứ tự chuyển dịch các bước(thứ tự chuyển dịch các trạng thái cấp điện của các cuộn dây) Chẳng hạn rotorđang ở vị trí bước thứ n, nếu ta cấp điện sao cho nó chuyển sang vị trí bước thứ(n+1) thì động cơ quay phải, nếu ta cấp điện sao cho rotor chuyển sang vị tríbước thứ (n-l) thì động cơ quay trái, việc phát xung để cấp điện do bộ xử lý điềukhiển

Với động cơ 2 pha, điều khiển cả bước có 4 trạng thái cấp điện

tự liên tiếp theo số chẵn cuộn dây hoặc số lẻ cuộn dây, trong khi duy trì dòngthay đổi Về cơ bản mỗi đầu vào từ trình điều khiển tương đương một bước

 Chế độ half step

Half step đơn giản chỉ có nghĩa là động cơ quay ở 400 bước mỗi vòng.Trong chế độ này, một trong những cuộn dây được tiếp điện và sau đó hai cuộndây được tiếp điện thay phiên ( đây cách cấp điện theo thứ tự số lẻ cuộn dây rồitới số chẵn cuộn dây hoặc ngược lại) làm các cánh quạt xoay ở nửa khoảng cách,hoặc 0,9o 's (Các tác dụng tương tự có thể đạt được bằng cách điều khiển ở chế

độ full step với 400 bước cho mỗi vòng xoay động cơ) Tuy nhiên, nửa bước làmột giải pháp thực tế hơn trong các ứng dụng công nghiệp Mặc dù nó cung cấpmômen xoắn hơi ít hơn Chế độ nửa bước giảm số lượng "sự tăng vọt" vốn cótrong 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 Điều khiển vi bước có khả năngluân phiên tại 1/256 của một bước (mỗi bước) tương ứng với 51.200 bước mỗivòng xoay (đối với dòng động cơ 1,8o) Vi bước thường được sử dụng trong cácứng dụng đòi hỏi phải định vị chính xác và sự chuyển hóa tốt hơn nhiều tốc độ.Bước góc của động cơ bước được chế tạo theo bảng tiêu chuẩn sau:

2.2.6 Đặc tính cơ động cơ bước và các phương pháp điều khiển

Tuỳ thuộc vào mômen yêu cầu trên trục động cơ và tốc độ quay mà ta cóthể áp dụng các phương pháp điều khiển khác nhau cho động cơ bước Trongvùng tốc độ thấp chỉ cần sử dụng phương pháp điều khiển điện áp trực tiếp, khi

đó dòng điện sẽ được giới hạn bởi chính nội trở của các cuộn dây động cơ Tuynhiên tại vùng tốc độ cao, nếu tiếp tục sử dụng phương pháp này, mômen sẽ bịgiảm nghiêm trọng do tính cảm của các cuộn dây sẽ giới hạn khả năng tăng củadòng điện Một phương pháp thường áp dụng để cải thiện tình hình này là sửdụng điện trở nối thêm vào các cuộn dây động cơ

Khi đó hằng số thời gian của động cơ sẽ giảm (vì L/nR thay vì L/R) dòngđiện tăng nhanh hơn làm đặc tính cơ của động cơ cứng hơn Tuy vậy, động cơ sẽcần một điện áp điều khiển lớn hơn nhiều và hơn 70% công suất nguồn nuôi sẽ