Đồ án tốt nghiệp máy CNC 3 trục

Bộ điều khiển số cho máy công cụ ngày càng đa dạng có độ chính xác rất cao.Chúng sử dụng thuật toán nội suy trong các chuyển động gia công, từ điểm bắt đầuđến điểm kết thúc của các trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

- 

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ MÁY CNC 3D MINI

Giáo viên hướng dẫn : ThS LƯƠNG NGỌC THANH Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÔN

Lớp : Kỹ Thuật Điện - Điện Tử - K35B

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin kính gửi các thầy cô đang dạy và làm việc tại khoa Kỹ Thuật

& Công Nghệ lời chúc sức khỏe

Em xin kính chúc tất cả quý thầy cô luôn thành công trong sự nghiệp giáo dụcđào tạo cũng như mọi lĩnh vực trong cuộc sống

Em xin cảm ơn đến tất cả các thầy cô đã tận tình dạy bảo em trong suốt quãngđời sinh viên

Em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến thầy Toàn đã trực tiếp hướng dẫn, địnhhướng trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

- 

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ MÁY CNC 3D MINI

Giáo viên hướng dẫn : ThS LƯƠNG NGỌC THANH Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÔN

Lớp : Kỹ Thuật Điện - Điện Tử - K35B

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ 1

1.1 Bài toán chuyển động trong không gian 2D, 3D 1

1.1.1 Các thông số chuyển động 1

1.1.2.Khảo sát chuyển động bằng tọa độ Đề - Các 1

1.1.2.1 Vận tốc chuyển động của điểm 2

1.1.2.2 Gia tốc của điểm 3

1.2 Các dạng điều khiển trong điều khiển máy CNC 3

1.2.1 Hệ thống điều khiển chu trình hở 4

1.2.2 Bộ điều khiển chu trình nửa kín 5

1.2.3 Điều khiển chu trình kín (closed loop system) 6

1.2.4 Các dạng điều khiển trong điều khiển số 6

1.2.4.1 Điều khiển điểm điểm 6

1.2.4.2 Điều khiển đoạn hay đường thẳng 7

1.2.4.3 Điều khiển theo biên dạng 8

1.3 Nội suy trong điều khiển số máy CNC 10

1.4 Các bộ điều khiển máy CNC mini ngày nay 12

1.4.1 Bộ điều khiển CNC cầm tay 12

1.4.2 Bộ điều khiển MẠCH 3 13

1.4.3 Bộ điều khiển Arduino GRBL 14

1.5 Kết luận chương 1 14

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐỘNG LỰC 15

2.1 Hệ tọa độ trên máy CNC 15

2.1.1 Phương án máy CNC đứng 16

2.1.2 Máy CNC nằm ngang 17

2.2 Thiết kế hệ truyền động 18

2.2.1 Động cơ 18

2.2.1.1 Động cơ bước 18

2.2.1.2 Động cơ sevor 19

2.2.1.3 Chọn Driver điều khiển động cơ bước 20

2.2.2 Bộ truyền động 21

2.2.2.1 Bộ truyền vít me – đai ốc 21

2.2.2.2 Bộ truyển vít me – đai ốc bi 22

2.2.3 Cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động chạy dao các trục 22

2.2.3.1 Giới thiệu về sóng trượt 22

2.2.3.2 Giới thiệu về sóng lăn 22

2.2.3.3 Chọn cơ cấu dẫn hướng 23

2.2.4 Động cơ trục chính 23

2.2.5 Nối giữa trục động cơ và trục vít me 25

2.3 Thiết kế tín hiệu đo đếm 25

2.3.1 Encoder 25

2.3.2 Thước quang 27

2.4 Kết luận chương 2 28

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CNC 29

3.1 Phân tích và thiết kế mạch điều khiển 29

3.1.1 Phân tích lựa chọn vi điều khiển sử dụng điều khiển máy CNC mini 29

3.1.2 Thiết kế công giao tiếp máy tính thông qua chuẩn truyển thông UART 32

3.1.3 Kết nối mạch điều khiển với driver động cơ bước 33

3.1.4 Thiết kế cảm biến giới hạn hành trình 35

3.1.5 Thiết kế mạch điều khiển động cơ trục chính 35

3.1.5.1 Mạch điều khiển động cơ bằng Relay 36

3.1.5.2 Mạch điều khiển động cơ dùng Transitor 36

3.2 Xây dựng chương trình Hardware trên vi điều khiển 37

3.2.1 Phương pháp điều khiển động cơ bước 37

3.2.1.1 Điều khiển trực tiếp 37

3.2.1.2 Điều khiển bằng driver 39

3.2.1.3 Thuật toán điều khiển động cơ bước trên các trục 39

3.2.2 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ trục chính 40

3.2.3 Thuật toán truyền nhận dữ liệu máy tính và vi điều khiển 41

3.3 Xây dựng Software trên máy tính 43

3.3.1 Cấu trúc chương trình trong máy CNC 43

3.3.2 Nội suy tuyến tính 45

3.3.2.1 Thuật toán nội suy tuyến tính 45

3.3.2.2 Mô phỏng thuật toán nội suy tuyến tính trên nền matlab 47

3.3.3 Nội suy cung tròn 49

3.3.4 Xây dựng chương trình biên dịch Gcode trên Software 53

3.4 Kết luận chương 3 56

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 57

4.1 Bài toán thực nghiệm 57

4.2 Kết quả mô phỏng 59

4.3 Kết quả thực nghiệm 63

4.4 Tính toán chi phí 65

4.5 Kết luận chương 4 67

KẾT LUẬN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

1 CNC Computer Numerical Control Máy tiện cơ khí

3 DDA Digital DifferentialAnalyzer

trục x, trục y

lượng ăn dao F

kim đồng hồ

ngược kim đồng hồ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Các thông số chính Atmega 328 31

Bảng 3.2: Cấu hình micro Step DRV8825 34

Bảng 3.3: Bảng quy ước trong lập trình điều khiển động cơ 40

Bảng 3.4: Mã lệnh truyền nhận dữ liệu 41

Bảng 3.5: Kết quả truyền nhận dữ liệu 42

Bảng 3.6: 8 trường hợp cho đường dẫn vòng tròn 50

Bảng 4.1: Mã ASCII giao tiếp máy tính và vi điều khiển 60

Bảng 4.2: Chi phí vật tư phần cơ khí 65

Bảng 4.3: Chi phí vật tư phần điện 66

Bảng 4.4: Chi phí nhân công 66

Bảng 4.5: Tổng chí phí sản xuất máy CNC 66

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Tọa độ Đề - Các 2

Hình 1.2: Hệ thống điều khiển theo chu trình hở 4

Hình 1.3: Điều khiển theo chu trình nữa kín 5

Hình 1.4: Điều khiển theo chu trình kín 6

Hình 1.5: Điều khiển điểm - điểm 7

Hình 1.6: Điều khiển đường thẳng trên máy tiện, máy phay CNC 7

Hình 1.7: Điều khiển contour 2D 8

Hình 1.8: Điều khiển 3D 9

Hình 1.9: Điều khiển đường viền 4D 9

Hình 1.10: Điều khiển đường viền 5D 9

Hình 1.11: Khái niệm cơ bản về nội suy 10

Hình 1.12: Các phương pháp nội suy trong điều khiển máy CNC 11

Hình 1.13: Bộ điều khiển CNC cầm tay 13

Hình 1.14: Board điều khiển Mach 3 CNC 13

Hình 1.15: Board Arduino CNC mã nguồn mở 14

Hình 2.1: Hệ trục toạ độ Đê Các Oxyz 15

Hình 2.2: Khi trụcZ thẳng đứng 16

Hình 2.3: Hình mô phỏng máy CNC đứng 16

Hình 2.4: Khi trụcZ nằm ngang 17

Hình 2.5: Mô hình máy CNC nằm ngang 18

Hình 2.6: Hình ảnh thực tế động cơ bước 19

Hình 2.7: Các chân và sơ đồ kết nối Driver DRV8825 21

Hình 2.8: Vit me – Đai ốc – Gối đỡ bi 22

Hình 2.9: Thanh trượt tròn – Con trượt – Gối đỡ 23

Hình 2.10 Động cơ trục chính RS775 24

Hình 2.11: Kẹp mũi khoan CNC 24

Hình 2.12: Nối trục dạng ống 25

Hình 2.13: Khớp nối mềm 25

Hình 2.15: Thước quang hồng ngoại 28

Hình 3.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển máy CNC 30

Hình 3.2: Sơ đồ chân Atmega 238 31

Hình 3.3: Sơ đồ mạch chuyển tín hiệu USB to COM 32

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 33

Hình 3.5: Mạch điều khiển máy CNC 3D mini 33

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối công tắt hành trình 35

Hình 3.7: Mạch điều khiển động cơ trục chính bằng relay 35

Hình 3.8: Mạch điều khiển động cơ bằng Mosfet 36

Hình 3.9: Mô tả hoạt động của động cơ bước 37

Hình 3.10: Điều khiển động cơ ½ bước 38

Hình 3.11: Thuật toán điều khiển động cơ bước 40

Hình 3.12: Thuật toán truyền nhận dữ liệu trên vi điều khiển 42

Hình 3.13: Phân tích nội suy tuyến tính từ tham chiếu 45

Hình 3.14: Thuật toán nội suy tuyến tính từ tham chiếu 47

Hình 3.15: Quỹ đạo nội suy tuyến tính từ tham chiếu 48

Hình 3.16: Xung ra các trục sau khi nội suy 48

Hình 3.17: Khối hiện thị số lượng xung cho mỗi trục trên Software 49

Hình 3.18: Nội suy đường tròn xấp xỉ bậc thang 49

Hình 3.19: Thuật toán xấp xỉ bậc thang hai trục 51

Hình 3.20: Kết quả nội suy cung tròn 52

Hình 3.21: Xung ra trên các trục trong thuật toán xấp xỉ bậc thang 52

Hình 3.22: Thuật toán biên dịch Gcode 54

Hình 3.23: Khối biên dịch Gcode trên Software 55

Hình 3.24: Giao diện Software điều khiển máy CNC 55

Hình 4.1: Máy CNC 3D mini 57

Hình 4.2: Cài đặt thông số máy 58

Hình 4.3: Các dạng dữ liệu trong máy CNC 59

Hình 4.4 Mô phỏng Software bằng công cụ Realterm 60

Hình 4.5: Mô phỏng Hardware bằng công cụ Realterm 61

Hình 4.6: Mô phỏng phát xung trên phần mềm proteus 62

Hình 4.7: Xung điều khiển động cơ trục chính 62

Hình 4.8: Hình mẫu chạy thử nghiệm 63

Hình 4.9: Sản phẩm gia công bằng máy CNC 64

MỞ ĐẦU

Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá, nền kinh

tế đang trên đà phát triển, việc sử dụng các thiết bị điện, khí cụ điện vào trong xâylắp các khu công nghiệp, khu chế xuất – liên doanh ngày càng được chú trọng Mụctiêu nền công nghiệp nước nhà đến năm 2020 là một nước công nghiệp theo hướnghiện đại thì việc làm chủ công nghệ mới là nhiệm vụ các kỹ sư tương lai, tạo ra sảnphẩm công nghệ cao là bước đi lâu dài, vững chắc cho nền kinh tế nước nhà

Trong những năm gần đây các máy NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam

và hiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công tyliên doanh Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiềunhà kỹ thuật, kỹ sư Việt Nam đang theo đuổi

Bộ điều khiển số cho máy công cụ ngày càng đa dạng có độ chính xác rất cao.Chúng sử dụng thuật toán nội suy trong các chuyển động gia công, từ điểm bắt đầuđến điểm kết thúc của các trục servo CNC được ứng dụng rất phổ biến và mang lạihiệu quả rất lớn về năng xuất và sản lượng, trong lĩnh vực gia công chính xác.Tương lai máy CNC sẽ là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho con người và giúp conngười vươn đến những tầm cao mới

Việc nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý hoạt động và thiết kế các máy công cụ làvấn đề quan trọng cấp thiết cho sinh viên trong thời kỳ hội nhập kịp thời nắm bắtcác tiến bộ kỹ thuật về công nghệ điều khiển vị trí Vì lý do đó, em đã chọn đề tài:

“THIẾT KẾ MÁY CNC 3D MINI” Để trang bị những kiến thức về công nghệ điều

khiển tọa độ nói chung cũng như các máy CNC nói riêng

Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Mục tiêu ban đầu: Kết nối thành công giữa software và hardware, điều khiểnmáy CNC chạy theo các biên dạng đường thẳng và cung tròn

Mục tiêu lâu dài: Phát triển ứng dụng hệ thống trung tâm điều khiển trongcông nghiệp có giám sát, tối ưu nhiều thiết bị trong hệ thống Nâng cao chất lượngđiều khiển, tăng số lượng sản phẩm, logic hóa giữa các thiết bị và thương mại hóasản phẩm

Đối tướng nghiên cứu:

+ Cơ khí truyền động của một máy CNC

+ Hệ thống điều khiển máy CNC

Phạm vi nghiên cứu:

+ Nghiên cứu về chip lập trình

+ Nghiên cứu bài toán chuyển động 2D, 3D

+ Từ lý thuyết cơ bản, xây dựng các thuật toán, xây dựng các giao diện, kếtnối hardwware và thực hiện cấu hình trên phần cứng

+ Đánh giá kiểm tra kết quả bằng mô phỏng và thực nghiệm

Phương pháp nghiên cứu:

+ Thu thập tài liệu trong nước và thế giới liên quan đến đề tài

+ Nghiên cứu và phát triển lý thuyết phục vụ đề tài

+ Khảo sát, nghiên cứu một số hệ điều khiển tọa độ (CNC)

+ Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu các hệ điều khiển thông dụng

+ Thực hiện kết nối và điều khiển

+ Triển khai các kế hoạch ứng dụng kết quả nghiên cứu

Từ đó để giải quyết vấn đề đặt ra em sẽ từng bước làm rõ trong 4 chương của

đề tài:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐỘNG LỰC

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CNC

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy Đỗ Văn Cần, sau khi nghiên cứu đề tài “Thiết kế máy CNC 3D mini” Em đã hiểu sâu hơn về các máy công cụ tự động,cũng như học được nhiều điều về lập trình máy tính, lập trình vi điều khiển…

Do thời gian tìm hiểu ngắn, kiến thức còn hạn hẹp, thu thập tài liệu khôngnhiều nên không thể tránh những khuyết điểm, sai sót Em rất mong được sự chỉdẫn đóng góp ý kiến của qúy thầy để em rút ra được những kinh nghiệm quý báu

Em xin chân thành cảm ơn!

Bình Định, tháng 12 năm 2016

Sinh viên thực hiệnNguyễn Văn Linh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ

1.1 Bài toán chuyển động trong không gian 2D, 3D.

1.1.1 Các thông số chuyển động.

Chuyển động là sự thay đổi vị trí của vật trong không gian theo thời gian Đơn

vị đo độ dài là mét và ký hiệu m, đơn vị đo thời gian là giây ký hiệu là s

Tính chất của chuyển động phụ thuộc vào vật chọn làm mốc để so sánh, ta gọi

là hệ qui chiếu Trong động học, hệ qui chiếu được lựa chọn tuỳ ý sao cho việc khảosát chuyển động của vật được thuận tiện Để có thể tính toán người ta còn phải chọn

hệ tọa độ gắn với hệ qui chiếu Thông thường muốn hình vẽ được đơn giản ta sửdụng hệ tọa độ làm hệ quy chiếu

Về nội dung, tìm cách xác định vị trí của vật và mô tả chuyển động của vậttheo thời gian so với hệ quy chiếu đã chọn Thông số xác định vị trí của vật so với

hệ quy chiếu đã chọn là thông số định vị Thông số định vị có thể là vectơ, là tọa độ,

là góc

Qui luật chuyển động được biểu diễn qua các biểu thức liên hệ giữa các thông

số định vị với thời gian và được gọi là phương trình chuyển động Trong phươngtrình chuyển động thì thời gian được coi là đối số độc lập Khi khử đối số thời giantrong phương trình chuyển động ta được biểu thức liên hệ giữa các thông số định vị,được gọi là phương trình quĩ đạo

Để biểu thị tính chất của chuyển động, ta đưa ra các đại lượng vận tốc và giatốc Vận tốc là đại lượng biểu thị hướng và tốc độ chuyển động của điểm hay vật.Gia tốc là đại lượng biểu thị sự thay đổi của vận tốc theo thời gian Gia tốc cho biếttính chất chuyển động đều hay biến đổi Vận tốc và gia tốc là các đại lượng phụthuộc vào thời gian

1.1.2 Khảo sát chuyển động bằng tọa độ Đề - Các.

Xét động điểm M chuyển động theo đường cong trong hệ trục tọa độ đề các

oxyz Ở đây các tọa độ x,y,z là các thông số định vị của điểm M Khi M chuyển

động các tọa độ này thay đổi liên tục theo thời gian do đó ta có:

1.1.2.1.Vận tốc chuyển động của điểm

Nếu gọi các véc tơ đơn vị trên ba trục tọa độ là thì véc tơ định vị và véc

1.1.2.2 Gia tốc của điểm

Tương tự như đối với vận tốc, dựa vào biểu thức (1.3) ta có thể tìm thấy :

Khi biết và ta có thể xem xét được tính chất chuyển động của điểm M

1.2 Các dạng điều khiển trong điều khiển máy CNC.

Đối với hệ thống điều khiển máy công cụ CNC vấn đề cơ bản quan trọng làlàm sao từ các dữ liệu của chương trình đã lập của người dùng, bộ điều khiển tiến

hành sử lý, tính toán và phát lệnh đến các động cơ dẫn động bàn máy và trục chínhthực hiện các dịch chuyển cần thiết để tạo ra hình dáng hình học của chi tiết cần giacông với độ chính xác nhất định một cách tự động hoàn toàn Khi vận tốc thực và vịtrí thực được các sensor nhận biết và hồi tiếp ngược về mạch điều khiển, động cơServo dùng trong các máy CNC liên tục được điều khiển sao cho sai số vận tốchoặc sai số vị trí giữa vị trí cần và vị trí thật là nhỏ nhất Nếu phân loại dựa theophương pháp mà hệ điều khiển xác định và kiểm tra vị trí, người ta chia hệ thốngđiều khiển thành 4 loại sau:

- Điều khiển chu trình hở (open loop)

- Điều khiển theo chu trình nửa kín (semi-closed loop)

- Điều khiển chu trình kín (closed loop)

- Điều khiển hỗn hợp (hybrid loop)

Phần lớn các máy công cụ CNC có độ chính xác cao được trang bị bộ điềukhiển chu trình đóng và nó kiểm soát vị trí dịch chuyển dụng cụ cắt chính xác hơn,

do đó chất lượng gia công chi tiết tốt hơn Tuy nhiên điều khiển theo chu trình hởvẫn còn sử dụng ở các máy CNC có độ chính xác vị trí thấp hoặc các máy cómomen cản sinh ra trên động cơ dẫn động bàn máy là nhỏ và giá trị ổn định (ví dụmáy gia công tia lửa điện, điện cực dây hoặc điện cực định hình) để giảm giá thànhchế tạo

1.2.1 Hệ thống điều khiển chu trình hở

Ở hệ thống điều khiển chu trình hở, dữ liệu chương trình gia công nhập được

đưa vào bộ điều khiển MCU (machine control unit) Hình 1.2 Nó giải mã thông tin

và lưu trữ trong bộ nhớ cho đến khi người vận hành bấm nút bắt đầu chạy chươngtrình Từng lệnh của chương trình được chuyển đổi sang các xung điện một cáchtuần tự và tự động để gửi tới bộ điều khiển, kích hoạt và điều khiển các động cơServo Lượng dịch chuyển của động cơ hay nói cách khác là bàn máy phụ thuộc vào

số xung điện (electric pulses) mà động cơ nhận được

Hình 1.2: Hệ thống điều khiển theo chu trình hở.

Hệ thống này khá đơn giản vì không có mạch hồi tiếp (feedback), tuy nhiênkhông có cách nào để kiểm tra xem động cơ Servo có dịch chuyển (quay) đúng theolệnh đã được yêu cầu hay không, tức là chúng không có mối liên hệ ngược Do vậy

hệ thống điều khiển chu trình hở không thể áp dụng cho các máy CNC gia công cơ

có độ chính xác lớn hơn 0,02 mm hoặc có lực cắt trong quá trình gia công lớn Đốivới loại điều khiển này động cơ Servo là các động cơ một chiều kiểu động cơ bước(stepper motor) Độ chính xác gia công chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác chuyểnđộng của động cơ bước, vítme và hệ thống truyền động Khi momen quay nhỏ và ítthay đổi thì độ chính xác dịch chuyển khá cao, do vậy các máy gia công tia lửa điệnhiện nay vẫn sử dụng điều khiển theo chu trình hở

1.2.2 Bộ điều khiển chu trình nửa kín.

Điều khiển chu trình nửa kín là loại hệ thống điều khiển phổ biến có cấu trúc

như Hình 1.3 Với loại này, thiết bị kiểm tra vị trí được lắp vào trục của động cơ

Servo và chúng kiểm tra góc quay Độ chính xác cuối cùng (chuyển động của bànmáy) phụ thuộc khá lớn và độ chính xác của trục vít me Vì thế, trục vít me bi có độchính xác cao được dùng trong hệ truyền động cho bàn máy Khi cần thiết, một số

máy hệ NC còn cho phép bù trừ sai số của bước vít me và khe hở của trục vít me đểtăng độ chính xác Bù trừ sai số bước vít me bằng cách hiệu chỉnh chỉ thị đến hệ dẫnđộng Servo nhằm loại bỏ sai số tích lũy Bù trừ sai số khe hở khi chiều chuyển độngđổi dấu, một lượng xung tương ứng với khe hở được gửi đến hệ điều khiển động cơServo để hiệu chỉnh.

Hình 1.3: Điều khiển theo chu trình nữa kín.

1.2.3 Điều khiển chu trình kín (closed loop system)

Mặc dù bộ điều khiển chu trình nửa kín có thể bù trừ sai số bước vít me và khe

hở vít me nhưng nói chung khó đạt được độ chính xác cao khi ảnh hưởng của khe

hở sẽ thay đổi theo khối lượng của chi tiết gia công Độ mòn của trục vít me cũngkhác nhau tại các vị trí khác nhau Khe hở của vít me cũng thay đổi theo nhiệt độ.Thêm vào đó, chiều dài của trục vít me cũng bị giới hạn so với các máy có yêu cầuhành trình lớn Khi đó cơ cấu bánh răng thanh răng được sử dụng đối với các máy

có kích thước lớn Tuy nhiên, độ chính xác của cơ cấu bánh răng thanh răng thườngkém Do vậy, điều khiển chu trình kín sử dụng trong trường hợp này sẽ khắc phục

được sai số của vít me hoặc bánh răng thanh răng Hình 1.4.

Hình 1.4: Điều khiển theo chu trình kín.

1.2.4 Các dạng điều khiển trong điều khiển số

1.2.4.1 Điều khiển điểm-điểm.

Cho phép xác định vị trí dụng cụ theo các điểm đã lập trình với hành trìnhchạy nhanh của dụng cụ và dụng cụ không ăn vào phôi Chuyển động trên các trụcriêng lẻ, lúc này không có ràng buộc bởi quan hệ hàm số và tốc độ của các yếu tốđịnh vị không phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ Điều khiển điểm - điểm chủ yếudùng trong các máy khoan, doa, hàn điểm…

Hình 1.5: Điều khiển điểm - điểm.

Khi dụng cụ chạy tới các điểm đích thì dao bắt đầu cắt Mục đích cần đạt làcác kích thước của các lỗ gia công so với hai trục X, Y phải chính xác, còn các quỹ

đạo chuyển động của dao hay bàn máy đều không có ý nghĩa lắm Hình.1.5 Vị trí

của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời trên hai trục X, Y, quỹ đạo làm với mộttrong hai trục một góc  tương ứng với hai trục đó hoặc có thể điều khiển kế tiếpnhau, tức là theo hai trục riêng rẽ

1.2.4.2 Điều khiển đoạn hay đường thẳng

X

X

Hình 1.6: Điều khiển đường thẳng trên máy tiện, máy phay CNC.

Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực

hiện một lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó Điều khiển đường thẳng

cho phép bên cạnh dịch chuyển nhanh định vị, còn có một dịch chuyển song songvới chiều trục của dụng cụ cắt với lượng chạy dao yêu cầu, khi đó dao ăn vào phôi

Hình 1.6a là sơ đồ chạy dao trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động song song hoặc vuông góc trục của chi tiết so với trục Z Trên Hình 1.6b thể hiện sơ đồ máy phay,

dụng cụ cắt chuyển động song song với trục X Trong cả hai trường hợp trên dụng

cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục tức không có quan hệ rằng buộc hàm số.Dạng điều khiển này dùng cho máy phay và máy tiện đơn giản

1.2.4.3 Điều khiển theo biên dạng

Nếu giữa điểm bắt đầu một chuyển động và điểm kết thúc nó cần sản sinh ramột biên dạng có ràng buộc bởi các quan hệ hàm số (tuyến tính hay phi tuyến tính)

thì điều khiển số thực hiện chuyển động như vậy thuộc dạng điều khiển biên dạng.Điều khiển contour 2D cho phép các dịch chuyển của dụng cụ cắt theo đường thẳng

và cung tròn, dựa vào hai trục cố định Nếu một máy CNC có ba trục và sự điềukhiển contour 2D, thì trục thứ ba chỉ có thể được điều khiển không phụ thuộc vào

hai trục kia Trên Hình 1.7, lượng ăn dao được điều khiển theo trục Z, còn phay

biên dạng là sự kết hợp giữa hai trục X, Y

Hình 1.7: Điều khiển contour 2D.

Điều Khiển Contour 3D

Cho phép đồng thời chạy dao theo cả ba trục X, Y, Z (cả ba trục chuyển động

hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc bằng hàm số ) Ta thấy trên Hình 1.7,

biên dạng đuợc gia công theo cả ba trục đều có lượng chạy dao theo chúng tạothành Điều khiển contour 3D được ứng dụng rộng để gia công các khuôn mẫuchính xác, gia công các bề mặt không gian phức tạp

Hình 1.8: Điều khiển 3D.

Dựa trên điều khiển 3D người ta bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1hoặc 2 chuyển động quay xung quanh một trục nào đó theo một quan hệ ràng buộcvới các chuyển động trên các trục khác của máy 3D Như vậy, tuỳ theo độ phức tạpcủa chi tiết mà ta lựa chọn phương pháp điều khiển cho thích hợp

Hình 1.9: Điều khiển đường viền 4D Hình1.10: Điều khiển đường viền

5D.

1.3 Nội suy trong điều khiển số máy CNC

Nội suy đóng vai trò sinh ra dữ liệu vị trí để dịch chuyển các trục từ các block

dữ liệu tạo ra bởi bộ thông dịch Nó là một trong những bộ phận quan trọng phảnánh độ chính xác của hệ điều khiển Mỗi máy CNC nói chung luôn có ít nhất 2 trụcđược điều khiển để gia công được các hình dáng phức tạp Hai phương pháp điều

khiển dịch chuyển dụng cụ cắt (hay các trục) là “điểm - điểm” và theo đường Đểthực hiện các phương pháp dịch chuyển này, chuyển động của dụng cụ cắt phảiđược chia thành các thành phần theo các trục Ví dụ để dụng cụ cắt dịch chuyển từđiểm P1 đến P2 với vận tốc Vf trong mặt phẳng XY như trên Hình 1.11, bộ nội suy

chia toàn bộ quãng đường thành các thành phần dịch chuyển theo trục X và trục Ytheo một tốc độ dịch chuyển xác định trước Cuối cùng tốc độ dịch chuyển V1 và V2

cho cả hai trục X và Y minh họa trên Hình 1.11 Rõ ràng V2 > V1 vì (y2-y1) >(x2-x1)

Hình 1.11: Khái niệm cơ bản về nội suy.

Các đặc điểm yêu cầu đối với bộ nội suy để nó có thể thực hiện tốt việc tínhtoán các vị trí trung gian và tốc độ dịch chuyển của các trục từ dữ liệu hình dángcủa đường cần gia công và tốc độ ăn dao:

- Dữ liệu từ bộ nội suy phải trùng với hình dáng (đường) cần gia công

- Bộ nội suy phải xem xét về giới hạn tốc độ tùy theo cấu trúc của máy và đặctính của động cơ Servo trong quá trình tính toán vận tốc

- Cần phải tránh sai số tích lũy trong quá trình nội suy để hình dáng gia côngđược trùng (gần giống nhất có thể) so với lệnh về vị trí trong chương trình gia công

- Nếu phân chia nội suy theo loại đường cần nội suy, hiện nay người ta dùng

các phương pháp nội suy sau Hình 1.12:

+ Nội suy thẳng dùng để gia công các đường thẳng đi qua các điểm

+ Nội suy tròn dùng để gia công cung tròn hoặc các đường tròn khép kín.+ Nội suy xoắn ốc dùng để gia công ren hoặc gia công các rãnh xoắn ốc

+ Nội suy bậc 2, bậc 3, parapol, hypepol và spline sử dụng trong công nghệchế tạo các chi tiết phức tạp như các chi tiết trong máy bay, khuôn dập khung hay

vỏ của ôtô

Hình 1.12: Các phương pháp nội suy trong điều khiển máy CNC.

Nếu phân chia bộ nội suy theo thiết bị và phương pháp thực hiện, bộ nội suyđược phân loại thành nội suy phần cứng (Hardware interpolator) và nội suy phầnmềm (Software interpolator) Bộ nội suy bằng phần cứng bao gồm các loại thiết bịđiện tử khác nhau, được dùng cho đến khi CNC được phát triển Tuy nhiên, ngàynay, nội suy bằng phần mềm được sử dụng phổ biến trong các hệ CNC Khái niệmnội suy phần mềm bắt nguồn từ nội suy phần cứng và nội suy phần cứng chỉ giớihạn trong các hệ thống điều khiển đơn giản

Bộ nội suy phần cứng thực hiện việc nội suy và tạo ra các xung bằng mạchđiện tử Nó cho phép nội suy với tốc độ cao nhưng khó thích nghi trong việc sửa đổihoặc thay thế các thuật toán nội suy mới Phương pháp nội suy phần cứng điển hìnhnhất là sử dụng bộ phân tích vi phân số DDA (Digital Differential Analyzer)

Nội suy bằng phần mềm

Nhờ giá cả cũng như kích thước của máy tính PC giảm dần, phương pháp nộisuy bằng phần mềm xuất hiện Phương pháp nội suy này dùng chương trình máytính thay vì sử dụng bộ phần cứng logic và toán học như ở nội suy phần cứng Hiệnnay có nhiều phương pháp nội suy bằng phần mềm khác nhau, điển hình là 3phương pháp: nội suy phỏng theo DDA, nội suy bậc thang và nội suy NURBS

1.4 Các bộ điều khiển máy CNC mini ngày nay

Các bộ điều khiển máy CNC ngày càng đa dạng và có nhiều đột phá mới xong

nó đều hoạt động dựa vào mã Gcode có thể dùng máy tính phát xung trực tiếp điềukhiển động cơ qua cổng LPT điển hình (Mach 3) hoặc máy tính nội suy tọa độ

thành các xung và truyền xuống vi điều khiển trung gian để điều khiển động cơ đốivới loại máy CNC mini hiện nay dùng mạch Arduino để điều khiển động cơ bước.Hiện nay còn có thêm một số bộ điều khiển cầm tay không cần sử dụng máy tínhnhưng sử dụng chúng hơi phức tạp.

1.4.1 Bộ điều khiển CNC cầm tay

Bộ điều khiển CNC cầm tay là thiết bị hoạt động độc lập không cần thông quamáy tính Chỉ cần cắm USB chương trình vào là chạy, chống nhiễu tốt, hoạt động

ổn định thích hợp cho các loại máy CNC, plassma hoặc laser

+ Tiết kiệm điện năng, không gian lắp đặt, sử dụng linh hoạt bền bỉ

+ Hỗ trợ chạy file Gcode tiêu chuẩn NC và PLT, thích ứng với Gcode từ cácphần mềm Type 3, Artcam, Master Cam, Cimartron

+ Hỗ trợ chạy nhiều file Gcode trên 1 lần load code

+ Chế độ bảo vệ tiến trình gia công khi mất điện đột ngột, nó cho phép giacông tại điểm mất điện

+ Hỗ trợ chạy với độ chính xác lên đến 0.0001mm

+ Hỗ trợ lấy gốc tọa độ Z, gốc Z của phôi qua thiết bị ngoại vi

1.4.2 Bộ điều khiển MACH 3.

Bộ điều khiển MACH 3 là sản phẩm thương mại tương thích với phần mềmMACH 3 giao tiếp với máy tính qua cổng LPT

+ Cấp nguồn qua cổng USB và các thiết bị ngoại vi độc lập nhằm tránh sốcđiện cho máy tính Điện áp nguồn ngoài từ 12V- 24V

+ Tất cả các tín hiệu vào đều được bảo vệ bằng cách ly quang để bảo vệ mạch+ Sử dụng 1 rơ le, có thể dùng để điêu khiển spindle

+ Có đầu ra analog (0-10V) để nối với bộ biến tần khi cần điều khiển tốc độspindle

+ Có thể điều khiển cùng lúc tới 5 động cơ bước

Hình 1.14: Board điều khiển Mach 3 CNC.

1.4.3 Bộ điều khiển Arduino GRBL

GRBL là một dự án biên dịch Gcode sử dụng board Arduino cho máy CNCvới các chức năng:

+ Cấp nguồn qua cổng USB và các thiết bị ngoại vi độc lập nhằm tránh sốcđiện cho máy tính

+ Điện áp hoạt động từ 12-28VDC

+ Hỗ trợ điêu khiển 4 trục động cơ bước

+ Kết nối điều khiển tốc độ spindle qua PWM

+ Kết nối quạt làm mát

+ Biên dịch trực tiếp mã Gcode trên board mạch Arduino

Hình 1.15: Board Arduino CNC mã nguồn mở.

1.5 Kết luận chương 1

Chương 1 đã nghiên cứu được tổng quan về điều khiển vị trí cũng như kết cấutruyền động của một máy CNC thiết kế theo kiểu điều khiển hở và điều khiển kín.Bên cạnh đó hiểu được nguyên lý làm việc, các khái niệm ban đầu về nội suy Tìm

và hiểu được chức năng của một số board mạch điều khiển máy CNC vừa và nhỏtrên thị trường hiện nay

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐỘNG LỰC

2.1 Hệ tọa độ trên máy CNC.

Để xác định vị trí tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trongphạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng thì cần thiết phải gắn nó vào một hệ tọa

độ nào đó Thông thường trên các máy CNC người ta thường sử dụng hệ tọa độ Đề

Các Oxyz Hình 2.1 Cách xác định các trục theo qui tắc bàn tay phải và nó luôn

được gắn vào chi tiết gia công

Hình 2.1: Hệ trục tọa độ Đê Các Oxyz.

Khi tiếp xúc và làm việc với máy CNC phải tuân theo qui ước:

+ Chi tiết gia công được xem là cố định còn mọi chuyển tạo hình và cắt gọt

do dao thực hiện

+ Phương trục chính là Oz, chiều dương là chiều dao tiến ra xa chi tiết

+ Phương chuyển động của bàn xe dao là Ox và có chiều dương hướng ra xachi tiết gia công

+ Trục Oy xác định theo qui tắc bàn tay phải

2.1.1 Phương án máy CNC đứng

- Trục Z song song với trục chính và có chiều hướng lên trên

- Trục X nằm trên bàn máy, nếu nhìn vào trục chính thì chiều dương hướng vềbên phải

- Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải

 Nhược điểm

- Độ cứng vững của máy không cao.

- Khó mở rộng phạm vi hoạt động của bàn máy

- Chế tạo cơ cấu máy khó khăn

2.1.2 Máy CNC nằm ngang

Trục Z nằm ngang và có chiều dương hướng vào trục máy

Trục X nằm trên bàn máy, chiều dương là chiều mà khi nhìn vào trục chính thì

nó nằm phía trái

Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải

Hình 2.4: Khi trụcZ nằm ngang.

Trong phương án này, đầu máy thực hiện chuyển động chạy dao theo phương

Z ( Trục chính dịch chuyển theo phương Z )

Đây là phương án thường được sử dụng trong thực tế

Chuyển động chạy dao theo cả hai phuơng X,Y được thực hiện bởi hai động

– Thân máy yêu cầu khối lượng lớn để máy có thể đứng vững

– Chi phí tăng khi chọn mua động cơ chạy dao trục X,Y

Hình 2.5: Mô hình máy CNC nằm ngang.

Kết Luận:

Sau khi nghiên cứu các phương án cho mô hình, ta chọn phương án máy CNCnằm đứng làm phương án cho chuyển động chạy dao của mô hình vì:

– Đảm bảo độ cứng vững cũng như kích thước đơn giản của máy

– Tiết kiệm chi phí chọn mua động cơ dẫn động các trục

Hình 2.6: Hình ảnh thực tế động cơ bước.

Động cơ bước được chia ra làm nhiều loại, bao gồm:

1 Động cơ nam châm vĩnh cửu :

Hay còn gọi là động cơ bước kiểu tác dụng và thường được chế tạo có cựcmóng Động cơ này có góc bước thay đổi từ 60 450 trong chế độ điều khiển bước

đủ, momen hãm từ 0,5  25 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 0,5 và tần số làmviệc lớn nhất ở chế độ không tải là 5 Khz

2 Động cơ bước có từ trở thay đổi :

Hay còn gọi là động cơ phản kháng Kiểu động cơ này có góc nằm trong giớihạn từ 1,80  300 trong chế độ điều khiển bước đủ, momen hãm từ 1 50 Ncm, tần

số khởi động lớn nhất là 1 Khz, và tần số làm việc lớn nhất trong điều kiện khôngtải là 20 Khz

a Động cơ bước hỗn hợp :

Hay còn gọi là động cơ bước cảm ứng, có góc bước thay đổi trong khoảng0,36 - 150 trong chế độ bước đủ, mômen hãm từ 3 - 1000 Ncm, tần số khởi động lớnnhất là 40 khz Trong các loại động cơ bước kể trên thì động cơ bước hỗn hợp được

sử dụng nhiều hơn cả Vì loại động cơ này kết hợp các ưu điểm của hai loại động cơtrên đó là: Động cơ nam châm vĩnh cửu với dạng cực móng, và động cơ có từ trởthay đổi

2.2.1.2 Động cơ Servo

Động cơ Servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu

ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay vận tốc và vị

trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kì lí do nào ngăn cảnchuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạtđược vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạtđược điểm chính xác Động cơ Servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sửdụng trong nhiều máy khác nhau từ máy tiện điều khiển bằng máy tính đến các môhình máy bay, xe hơi Ứng dụng mới nhất là sử dụng trong robot Những ứng dụngnày là tiền đề cho việc đưa vào quá trình sản xuất những thành tựu như điều khiểnmáy CNC, trung tâm gia công Đối với chuyển động chất lượng cao ta buộc phải sửdụng động cơ Servo xoay chiều ba pha, là loại động cơ không đồng bộ roto lồng sóchay đồng bộ kích thích vĩnh cửu Loại động cơ này có một số đặc điểm chung nhưsau:

Các thông số động cơ bước:

– Loại động cơ bước, hai pha

– Điện áp làm việc: 12-24 V

– Dòng điện lớn nhất: 2A

– Số bước trên 1 vòng quay: 200 bước/vòng (hay 1.80/bước)

2.2.1.3 Chọn Drive điều khiển động cơ bước

Trong điều khiển máy CNC người chế tạo luôn quan tâm đến độ chính xáccủa máy, với động cơ bước thông thường bước góc từ 0.7-1.80 nếu điều khiển động

cơ ở bước góc như vậy độ chính xác chỉ dừng ở 0.01mm Vì vậy sử dụng drive

chuyên dụng để điều khiển động cơ bước sẽ nâng độ chính xác lên 0.001mm hay0.0001mm

Hiện nay trên thị trường có khá nhiều drive điều khiển động cơ bước Đốivới máy CNC mini ta có các loại drive TB6600(5A), TB6560(3.5A),DRV8825(2.5A), A4998(2A) Các loại drive này đều có khả năng điều chỉnh dòng

ra động cơ và chọn chế độ điều khiển 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước, 1/16 bước vàDRV8825 lên đến 1/32 bước Với động cơ bước dòng điện lớn nhất 2A ta chọndrive DRV8825 với các thông số sau:

 Điện áp cung cấp: 8.2V đến 45V

 Dòng điện trung bình: 1.5A, Dòng điện đỉnh 2.5A

 Có 6 độ phân giải bước khác nhau: full, half step, 1/4 step, 1/8 step, 1/16step, 1/32 step

 Điện áp điều khiển 3.3V-5V

 Tự động shutdown khi quá nhiệt, quá dòng

Nhược điểm:

– Ứng suất tiếp xúc lớn, ma sát lớn, hiệu suất thấp

– Khó loại trừ được khe hở giữa vít me và đai ốc

Hình 2.8: Vit me – Đai ốc – Gối đỡ bi.

2.2.2.2 Bộ truyền vít me – đai ốc bi.

Ưu điểm: Đã có sẵn kết cấu khử khe hở và tạo sức căng ban đầu nhằm tăng

độ cứng vững dọc trục, ma sát nhỏ, hiệu suất cao

Nhược điểm: Giá thành cao, khó chế tạo.

Kết luận:

Ta chọn bộ truyền vít me - đai ốc kết hợp bộ gối đỡ bi 2 đầu vít me có đườngkính: 10mm và bước Vít: 8mm

2.2.3 Cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động chạy dao các trục

2.2.3.1 Giới thiệu về sóng trượt

Sóng trượt là một bộ phận của thân máy, dùng để dẫn hướng cho các bộ phận

di động của máy: bàn máy, động cơ trục chính Ngoài nhiệm vụ bảo đảm khả năng

di động của bộ phận máy, sóng trượt còn có nhiệm vụ truyền lực

2.2.3.2 Giới thiệu về sóng lăn

Nhằm giảm ma sát chuyển động, người ta tìm cách cải tiến sao cho ma sáttrượt giữa những mặt dẫn hướng của thân máy, bàn máy được thay thế bằng ma sátlăn Vậy sóng lăn là loại cơ cấu dẫn hướng mà ma sát trượt được thay thế bằng masát lăn, nhờ đó nó có khả năng đảm bảo truyền động êm, độ chính xác cao vớinhững truyền động có vận tốc bé

2.2.3.3 Chọn cơ cấu dẫn hướng

Ta chọn cơ cấu thanh trượt tròn và con trượt bi kết hợp với bộ gối đầu 2 bênlàm bộ phận dẫn hướng động cơ trục chính theo 3 trục của máy vì:

+ Đảm bảo vị trí của đầu máy khi trượt lên, xuống

Hình 2.9: Thanh trượt tròn – Con trượt – Gối đỡ.

+ Ta có chiều dài vít me và thanh trượt như sau:

Lvitmex = LThanh trượtx = HTtrụcx + 2*Ltrượtx + 2*Lgối đỡ = 30+6*2+2*2= 46 (cm)

Lvitmey = LThanh trượty = HTtrụcy + 2*Ltrượty + 2* Lgối đỡ = 25+6*2+2*2= 41 (cm)

Lvitmez = LThanh trượtz = HTtrụcz + 2*Ltrượtz + 2* Lgối đỡ = 12+6*2+2*2= 28 (cm)

– Dải tốc độ điều khiển hẹp

– Phải có mạch nguồn riêng

 Động cơ xoay chiều (AC Motor)

Ưu điểm:

– Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều.

– Đa dạng và rất phong phú về chủng loại

Để truyền momen xoắn từ động cơ bước sang vít me, ta cần sử dụng khớpnối Trong phạm vi của mô hình, có thể sử dụng khớp nối cứng, dạng ống Đây

là dạng kết cấu đơn giản, độ bền cao, giá thành thấp, dễ dàng gia công tại cácxưởng tiện Tuy nhiên, loại khớp nối này khó lắp ráp, yêu cầu độ chính xác Độđồng tâm tuyệt đối giữa trục vít me và trục động cơ

Hình 2.12: Nối trục dạng ống.

Trong quá trình chế tạo thử nghiệm nối trục loại này, do sai số khi chế tạokhung, sai số khi khoan lỗ lắp đặt ray trượt nên đã dẫn đến bàn máy không thểchuyển động Để khắc phục hiện tượng này ta dùng khớp nối mềm, phương phápnày có những ưu điểm là đơn giản, dễ dàng lắp ráp, có tính tự lựa nên có thể khửsai số không đồng tâm các trục Tuy nhiên phương pháp này còn tồn tại một sốhạn chế như truyền được momen xoắn nhỏ, các trục có hiện tượng đảo khi quay

2.3.1 Encoder

Encoder là thiết bị đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc, đồng thời chuyển đổi

vị trí góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xácđịnh được vị trí trục hoặc bàn máy Tín hiệu ra của encoder cho dưới dạng tín hiệu

số Encoder được sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máyCNC và robot Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy đượcdẫn động từ một động cơ qua vit me đai ốc bi tới bàn máy Vị trí của bàn máy cóthể xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn Ngoài ra, nếu ta tính kèmtheo thời gian cũng có thể biết được vận tốc chuyển động của chi tiết hoặc dao ởtrong những trường hợp cần thiết Tùy thuộc vào chuyển động của encoder màngười ta chia nó thành hai kiểu có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau:

Encoder thẳng: Chiều dài của encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động

thẳng tương ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dài thước

Encoder quay: Là một đĩa nhỏ và kích thước encoder không phụ thuộc vào

khoảng cách đo Nó có thể đo được cả thông số dịch chuyển và tốc độ Rõ ràng nếu

ta sử dụng encoder dạng đĩa quay thì không cần quan tâm nhiều nhưng nếu ta sửdụng encoder thẳng thì buộc lòng chiều dài của encoder phải dài ít nhất bằng chiềudài của dịch chuyển cần đo Trong máy CNC điều khiển số, chuyển động của bànmáy được dẫn động từ động cơ qua trục vít me đến đai ốc tới bàn máy Vị trí bànmáy có thể được xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn

Nguyên tắc hoạt động của encoder: Gồm một bộ thu phát hồng ngoại và mộtđĩa đã chia lỗ được đặt giữa hệ thống thu phát này Đĩa được gắn trên trục của động

cơ hoặc trục chuyển động Quá trình đĩa chuyển động làm cho phần photo sensorthay đổi trạng thái và tạo ra một chuỗi các xung vuông trên đầu ra Đây là thông số

kĩ thuật quan trọng của một encoder Tuỳ theo số lỗ trên đĩa mà số xung tạo ra trongmột vòng quay của đĩa khác nhau Số lượng xung càng lớn thì số lỗ càng nhiều trênmột vòng tròn 3600 Nghĩa là ta càng có thể điều khiển chính xác Trên Hình 2.14

trình bày cấu tạo của encoder xoay và nguyên lý hoạt động của nó

Hình 2.14: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động encoder.

2.3.2 Thước quang

Hiện nay trên thị trường có 2 dòng sản phẩm là thước quang dọc bằng từ tính

và thước quang dọc bằng tia hồng ngoại Trong đó thước quang dọc bằng tia hồngngoại được sử dụng phổ biến nhất vì tính ổn dịnh và độ chính xác cao Trên thịtrường Việt Nam hiện nay có các loại thước quang của Nhật Bản, Đài Loan, TrungQuốc, Đức với các dòng thước có loại thang đo là 0.005mm và 0.001mm Thôngthường người dùng lựa chọn loại 0.005mm và thước được gắn trên máy cắt dâyCNC, máy phay vạn năng, máy tiện vạn năng, máy xung CNC và ZNC Còn loại0.001mm được dùng cho các máy doa tọa độ