GIÁO TRÌNH máy CNC và công nghệ gia công trên máy CNC (TS nguyễn quốc hưng)

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ
-----o0o-----

GIÁO TRÌNH

MÁY CNC VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG
TRÊN MÁY CNC

TS. NGUYỄN QUỐC HƯNG




Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
CHƯƠNG 1

TỰ ĐỘNG HÓA QÚA TRÌNH SẢN XUẤT – SỰ RA ĐỜI CỦA MÁY
CNC
----------------Trong nửa thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự ra đời và phát triển như vũ bão của KTĐK tự
động. Và nhanh chóng KTĐK tự động đã được ứng dụng vào công nghệ chế tạo sản phẩm cơ
khí. Sự phát triển của tự động hóa QTSX có thể được tóm lược như sau.
1.1/ NC (Numerical Control)
1.1.1/ Lòch sử ra đời của NC.
Cũng như các kỹ thuật tiên tiến khác, NC ra đời vào đầu thập niên 50 tại phòng thí nghiệm của
học viện Massachusetts. Khi mới ra đời, máy NC chỉ có thể cắt được những đường thẳng chính
xác và hiệu qủa. Điều này gây ra rất nhiều khó khăn vì máy phải thực hiện vô số các đường
thẳng ngang, dọc để gia công các biên dạng cong (hình 1.1)

Hình 1.1
Vấn đề này dẫn đến sự ra đời của APT (Automatically Programme Tools). Đây là loại ngôn ngữ

lập trình đầu tiên cho NC, dùng các câu lệnh tiếng Anh để đònh nghóa đường di chuyển hình học,
dụng cụ và các chỉ thò cần thiết khác. Đây cũng là tiền đề cơ bản cho sự phát triển của NC. Ban
đầu chương trình NC được mã hóa trên các băng đục lỗ, sau đó dùng các băng từ. Sau khi máy
tính ra đời, các băng đục lỗ, băng từ được thay thế bởi thiết bò xử lý dự liệu của máy tính.
1.1.2/ Máy NC là gì
Máy NC bao gồm 2 bộ phận chính.
a) Bộ điều khiển máy (Machine Control Unit : MCU)
Là bộ phận thực hiện các chức năng sau:
- Đọc và giải mã chương trình
- Đưa ra các lệnh điều khiển
- Nhận các tín hiệu phản hồi và xử lý.
¾ MCU bao gồm 2 bộ phận sau:
• DPU (Data processing Unit): Bộ xử lý dữ liệu
• CLU (Control Loop Unit) : Bộ thực hiện điều khiển
DPU Đọc các dữ liệu từ chương trình trên băng đục lỗ, đóa từ,…và giải mã các tín hiệu này thành
các dự liệu số. Sau đó gửi tín hiệu đến CLU.



1


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
CLU nhận các dự liệu được giải mã từ DPU, đưa ra các lệnh điều khiển máy, nhận các tín hiệu
phản hồi so sánh và xử lý cho đến khi đạt độ chính xác yêu cầu. DPU sau đó sẽ đọc khối lệnh
tiếp theo.
b) Máy công cụ (Machine Tool):
Tương tự như các máy công cụ thông thường, nhưng các chuyển động của các trục được thực
hiện bởi động cơ servo hoặc động cơ bước thông qua truyền động vít me đai ốc bi (sẽ trình bày ở
chương sau).

Trên hình 1.2 là sơ đồ các thành phần cấu tạo của máy NC
Số xung ⇒ vò trí của trục
Tần số xung: tốc độ các trục

Hình 1.2. thành phần của máy NC
Máy NC đã khắc phục được những hạn chế mà các máy công cụ truyền thống không thực hiện
được. Với máy NC, độ chính xác gia công cao hơn, tiết kiệm dụng cụ hơn, dễ tự động hóa hơn.
Sự ra đời của NC cũng đã đưa đến sự ra đời của hàng loạt các phương pháp gia công hiện đại,
tiên tiến khác như:
EDM
Laser Cutting
Electron Beam welding
Water jet…………


2


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
1.2/. DNC (Direct NC):
Vào giửa thập niên 60, với sự ra đời của máy tính, người ta đã nghó đến việc thay đổi việc mã
hóa dữ liệu trên băng đục lỗ, băng từ bằng máy tính nhằm giảm bơt các yêu cầu về phần cứng,
lập trình đơn giản hơn, nhanh chóng và linh hoạt hơn.
Vào thời điểm này, máy tính rất đắt tiền nên người ta dùng một máy chủ (host) để điều khiển
chung nhiều máy NC qua mạng kết nối. Hệ thống trên gọi là DNC (Hình1.3)

Hình 1.3. Hệ thống DNC
1.3/. CNC (Computer Numerical Control)
Vào cuối thập niên 60, sự ra đời của công nghệ vi xử lý đã đưa đến sự xuất hiện của PLC,
Microcomputer. Các thiết bò này ngay sau khi ra đời đã được ứng dụng trên các máy NC, và thế

hệ máy CNC đã ra đời. Với CNC, mỗi máy NC được phục vụ bởi 1 PLC hoặc Computer riêng.
Điều này cho phép chương trình có thể nhập và lưu trữ riêng trên mỗi máy CNC. Nhưng lại xuất
hiện các vấn đề mới đó là quan lý dữ liệu (giữa các máy không có sự liên hệ chặt chẽ với nhau).
Các thành phân cơ bản của máy CNC bao gồm: Hình 1.4
• 1/. Chương trình gia công (Part program )
• 2/. Thiết bò đọc chương trình (Program input device )
• 3/. Machine control unit (MCU)
• 4/. Hệ thống truyền động (Drive system )
• 5/. Máy công cụ (Machine tool)
6/. Hệ thống phản hồi (Feedback system)



3


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 1.4. Cấu trúc của máy CNC
1.4/ DNC II (Distributed NC)
Để việc quản lý dữ liệu giửa các CNC tốt hơn, hệ thống DNCII đã được đưa vào ứng dụng trong
sản xuất, là sự kết hợp giửa DNC và CNC. Hệ thống DNC II bao gồm các máy tính chủ (Host
Computer) và các máy tính cục bộ (Local computer) kết nối với nhau. Nó cho phép các chương
trình gia công được lưu trên máy chủ nên việc quản lý tốt hơn. Các chưưng trình này có thể được
download xuống các local computer hoặc PLC. Và ta cũng có nhập chương trình và dao diện
trực tiếp từ các máy cục bộ (local). Và nếu máy chủ bò ngưng thì các máy CNC vẫn có thể hoạt
động bình thường. Đây là ưu điểm cơ bản của DNC II so với DNC.

4


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 1.5. Hệ thống DNCII
1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS: Flexible Manufacturing System)
Vào giửa thập niên 60, công ty Molins Ltd (anh) đã phát triển hệ thống 24, là tiền thân của hệ
thống FMS. Tuy nhiên do hạn chế về kỹ thuật nên hệ thống sản xuất linh hoạt vẫn chỉ dừng lại
ở mức độ lý thuyết, ý tưởng trong suốt những năm 60s, 70s. vào cuối thập niên 1970, đầu thập
niên 1980s, với sự phát triển mạnh của công nghệ điều khiển phức tạp nhờ máy tính, hệ thống
FMS đã được ứng dụng thành công. Hệ thống FMS dược ứng dụng chủ yếu ở US trong các lónh
vực chế tạo ô tô, xe cơ giới, máy bay…Hệ thống FMS điển hình bao gồm:
• Thiết bò xử lý: Maý công cụ, hệ thống lắp ráp, Rôbot.
• Thiết bò xử lý phôi: Robot, băng tải, Hệ thống vận chuyển tự động (AGV : Automated
guided vehicles) hệ thống lưu kho tự động (AS:Automated storage) và hệ thống truy xuất
(RS: Retrieval System)



5


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
• Hệ thống trao đổi thông tin.
• Hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer controlled system)
• Con người ( Human operator).
• Hệ thống thay dao tự động (automated tool changers).
FMS tạo nên một bước tiến mới hướng đến việc tích hợp hoàn toàn qúa trình sản xuất, dựa trên
các hệ thống, quan điểm tự động hóa sau:

• CNC
• DNC II
• Hệ thống xử lý phôi liệu tự động (Automated material handling system.)
• Công nghệ nhóm (Group Technology)
¾ Một số mô hình FMS điển hình

Hình 1.6. Single machine cell



6


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 1.7. Multiple workstation Cell

Hình.8. FMS với hệ thống lưu, xuất kho tự động. AS/RS


7


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 1.9. FMS ở hãng sản xuất Vought Aircraft
1.6/ Hệ thống sản xuất tích hợp (CIM: Computer Intergated Manufacturing/ flexible
design and manufacturing)
- Ý tường về hệ thống sx tích hợp được Josheph Harington đề cập đến vào năm 1974, nhưng
phải qua hàng chục năm đến đầu thập niên 1990s, hệ thống này mới được ứng dụng thành công

ở Mỹ. CIM là hệ thống tích hợp toàn bộ các thành phần của qúa trình sx, được xử lý và điều
khiển bởi máy tính. Từ việc phân tích thò trường,thiết kế, chuẩn bò phôi liệu, chuẩn bò và tổ chức
sx, kiểm tra chất lượng sản phảâm cho đến cả việc phân phối ra thò trường. Với sự ra đời của
công nghệ CIM, lòch sử phát triển của sản xuất xã hội đã trải qua các giai đoạn sau:
- Sản xuất thủ công
- Sản xuất cơ khí hóa, chuyên môn hóa
- Tự đông hóa sản xuất.
- Tích hợp sản xuất
- Các thành phần cơ bản của hệ thống CIM bao gồm (Hình 1.10).
• CAD/CAM (Computer-aided design/Computer-aided manufacturing)
• CAPP (Computer-aided process planning)
• ERP (Enterprise resource planning)
• CNC machine tools


8


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

DNC
FMS
ASRS( automated storage and retrieval systems )
AGV ( automated guided vehicles )
Robotics
Automated conveyance systems
Computerized scheduling and production control
CAQ (Computer-aided quality assurance)
A business system integrated by a common database.
Lean Manufacturing

Hình 1.10 Các thành phần của hệ thống CIM.
Với việc tích hợp qúa trình sản xuất, năng xuất tăng lên nhiều lần, giảm chi phí lao động, giảm
thời gian thiết kế và phát triển sản phẩm, chất lượng thiết kế cao hơn, tính linh hoạt của hệ
thống rất cao giúp đáp ứng nhanh nhu cầu của thò trường, tăng lợi thế cạnh tranh. Trong hệ
thống CIM, cần có sự chia sẽ thông tin giửa các bộ phận để tăng tính linh hoạt và hoạt động của
các khâu hiệu qủa hơn.



9


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Chương 2: MÁY ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH SỐ
2.1. Khái Niệm Cơ Bản
2.1.1/ Điều khiển
Là sự thay đổi của các đại lượng đầu ra theo quy luật nhất đònh nào đó của các đại lượng đầu
vào.

2.1.2/ Điều khiển số NC ( Numeric Control )
Là hệ thống các hoạt động được điều khiển trực tiếp bởi dữ liệu số được mã hóa bằng
chương trình. Chương trình gồm các chỉ thò được mã hóa dưới dạng số, kí tự chữ, và các kí tự
đặc biệt khác. Các chỉ thò này bao gồm:
¾ Chỉ thò điều khiển: Được chuyển thành 2 dạng:
Tín hiệu xung điện (Pulse): điều khiển tốc độ, số vòng quay của động cơ truyền
động.
Tín hiệu đóng/ngắt (ON/OFF) : cung cấp chất bôi trơn và làm nguội, chọn và thay
dao, dừng máy, kẹp nhả phôi…
¾ Thông tin hình học ( Geometrical Information): Là hệ thống thông tin điều khiển
các chuyển động tương đối giữa dao cụ và chi tiết, còn gọi là thông tin về đường
dòch chuyển.
¾ Thông tin công nghệ ( Technological Information ): Là hệ thống thông tin cho phép
máy thực hiện gia công với những giá trò công nghệ yêu cầu. Vd: chuẩn hóa gốc tọa
độ, chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều quay trục chính,
đóng hay tắt dung dòch trơn nguội...
2.1.3/ Điều khiển số bằng máy tính (CNC)
Đònh nghóa: CNC là hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp trên hệ điều khiển
máy.
Đặc điểm:
¾ Được điều khiển bởi các chỉ thò lưu trữ trên bộ nhớ máy tính để thực hiện một phần
hay toàn bộ các chức năng điều khiển số.
¾ Được phát triển dựa trên những thành tựu của công nghệ vi điện tử, vi xử lí.
¾ Các hệ điều khiển CNC có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển bởi phần
mềm -> đơn giản các mạch điều khiển, giảm giá thành , tăng độ tin cậy.
*** Hầu hết các hệ điều khiển số thế hệ mới đều ở dạng CNC.
2.1.4/ Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (CNC Machine)
Là thế hệ máy công cụ (machine tool) được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC

11


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
2.2. Cấu trúc hệ thống máy CNC:
Hệ thống máy CNC gồm 6 phần chính: Hình 2.1
- Chương trình gia công(part program) - Thiết bò đọc chương trình ( program input device)
- Bộ điều khiển máy (MCU)
- Hệ thống truyền động ( drive system)
- Máy công cụ (machine tool)
- Hệ thống phản hồi ( feedback system)

Hình 2.1. Cấu trúc của máy CNC
Lưu ý: Đối với máy gia công CNC, chương trình gia công, thiết bò đọc chương trình và bộ xử lý
dữ liệu (DPU) đều được thực hiện bởi máy tính.
2.3 . Khả năng của máy CNC
Về cơ bản, máy gia công CNC co’ thể thực hiện được các công việc sau:
+ Nhập dữ liệu
+ Biên tập chương trình, lập trình
+ Lưu trữ chương trình
+ Kiểm tra chương trình
+ Chẩn đoán lỗi
+ Hiển thò chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công
+ Tiện ích giao tiếp
+ Quản lí dữ liệu
+ Cài đặt hệ tọa độ và hệ đơn vò
+ Có khảû năng tính toán, xử lý số liệu

12


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
+ Bù trừ đường kính và chiều dài dao
+ Nội suy hình học
2.4. Ưu và nhược điểm của CNC
• Ưu điểm của CNC
+ Độ chính xác và độ chính xác lặp lại cao
+ Đáp ứng nhanh nhu cầu thò trường, gia công nhiều bề mặt phức tạp
+ Nâng cao năng suất đặc biệt là trong sản xuất đơn chiếc các chi tiêt phức tạp
+ Giảm giá thành điều hành gián tiếp
+ Hạ giá thành sản xuất
+ Thuận lợi cho việc tự động hoá quá trình sản xuất
• Nhược điểm của CNC.
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.
+ Chi phí lập trình và máy tính kèm theo.
+ Chi phí bảo trì cao và cần phải có thợ bảo trì chuyên nghiệp.
2.5. Các loại máy CNC
Ngày nay, nhiều loại máy CNC đã được ngiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí
như:
- Máy phay CNC
- Máy tiện CNC
- Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng
- Máy gia công tia lửa điện CNC dùng dây cắt
- Máy khoan CNC
- Máy mài CNC
- Máy gia công dùng tia laser CNC
- Máy gia công tia nước CNC
- Máy hàn CNC

- Máy đo tọa độ CNC (CMM: Coordinate Measuring Machine)…



13


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 2.2. Máy Phay CNC đứng (CNC Vertical Milling Machine)

Hình 2.3. Trung tâm phay đứng CNC (CNC Vertical milling center )



14


May CNC & Coõng Ngheọ Gia Coõng Treõn Maựy CNC

Hỡnh 2.4. Trung taõm phay CNC ngang (CNC Horizontal machining center )

Hỡnh 2.5: Maựy khoan ngang CNC (horizontal Drilling CNC)


15


May CNC & Coõng Ngheọ Gia Coõng Treõn Maựy CNC

Hỡnh 2.6. Maựy tieọn CNC

Hỡnh 2.7. Maựy tieọn CNC hai ủau dao (CNC Dual turret turning center )


16


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 2.9. Máy đo toạ độ CNC ( CNC Coordinate Measuring machine)

Hình 2.10. Máy gia công tia lửa điện EDM Wire Cut.



17


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
2.6. Một số bộ phận cơ bản của máy CNC
2.6.1/ Hệ thống điều khiển truyền động CNC (CNC drive systems)
Hệ thống điều khiển CNC bao gồm mạch điều khiển tốc độ (velocity loop) ở trong hệ thống
động cơ truyền động và mạch điều khiển vò trí(position loop control) ở bên ngoài hệ thống động
cơ truyền động. Hệ thống điều khiển CNC có thể là hệ thống điều khiển hở (open loop) hoặc hệ
thống điều khiển kín (closed loop). Sự khác nhau cơ bản là hệ thống điều khiển kín có phản hồi
nhằm đảm bảo độ chính xác yêu cầu.
a. Hệ điều khiển hở (Open Loop System ) hình 2.11.
Hệ thống điều khiển hở không có mạch phản hồi, bộ điều khiển máy xem như sự di chuyển bàn
máy đúng như mong muốn. Hệ điều khiển hở rất nhạy cảm với sự thay đổi của tải trọng. Các sai

số vò trí và tốc độ có thể xảy ra khi cắt với lực cắt lớn. Tuy nhiên hệ điều khiển hở có ưu điểm là
đơn giản, rẻ tiền. Do vậy, hệ điều khiển hở chỉ nên dùng trong di chuyển Điểm-> Điểm (PTP)
hoặc trong các máy công suất cắt nhỏ.

Hình 2.11. Hệ điều khiển hở (Open loop System)


18


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
b. Hệ điều khiển kín (Closed Loop System )
Với hệ điều khiển kín, mạch phản hồi được sử dụng để theo dõi đáp ứng thực của đại lượng điều
khiển và đưa ra tín hiệu sửa đổi khi có sự sai lệch giữa giá trò mong muốn và gía trò thực. Hệ
thống phản hồi có thể là hệ tương tự (analog) hoặc số (digital).
Analog systems: đo sự biến đổi của tín hiệu điều khiển (vò trí, vận tốc) dưới dạng tín hiệu hiệu
điện thế. Điển hình là dùng máy phát tốc (Tachometers) để đo vận tốc và resolvers để đo vò
trí.

Hình.2.12. Mạch điều khiển kín tuần tự (Analog type closed loop CNC drive system)
Digital feedback systems: Dùng bộ xác đònh vò trí số (digital position transducers ) trong mạch
phản hồi. Bộ mã hoá (Encoders) được sử dụng phổ biến nhất. Còn mạch phản hồi tốc độ vẫn
giống như hệ phản hồi tương tự. Hình 2.13

Hình 2.13. Mạch điều khiển CNC kín số (Digital type closed loop CNC drive system)


19

Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
Ngày nay đa số hệ điều khiển máy CNC đều là hệ kín, Sơ đồ điều khiển máy CNC kín tổng
quát được mô tả như hình 2.14.

Hệ thống điều
khiển trục

Tín hiệu điều
chỉnh vò trí

Cườnd độ, hiệu điện thế
để điều chỉnh tốc độ

Tín hiệu phản hồi tốc
Tín hiệu
phản hồi
vò trí

Máy phát tốc

Vít me bi Đai ốc bi

Động cơ
truyền động

Hình 2.14 . Sơ đồ điều khiển CNC
2.6.2/ Truyền động vít me đai ốc bi (recirculating Ball Screw).
Trong máy CNC, hệ thống truyền động được sự dụng là vitme đai ốc bi (hình2.15). Để thấy rõ
ưu nhược điểm của hệ thống vitme đai ốc bi so với các hệ thống truyền động khác ta xem bảng
2.1

20


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 2.15 . Truyền động vítme – Đai ốc bi
Bảng 2.1 : Ưu điểm của truyền động vít me đai ốc bi.
Vít me
Vít me Thủy lực Xích, đai Brăng & Cam
đai ốc bi thường
thanhrăng
Gía thành rẻ
X
X
X
X
X
Kha nang công suất
X
X
X
X
nhỏ
Chi phí bảo trì thấp
X
Độ chính xác cao
X

X
Độ tinh cậy cao
X
Hiệu qủa cao
X
Khả năng truyền tải
X
X
lớn
Kết cấu gọn
X
X
X


Khí nén

X

21


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
2.6.3/ Động cơ bước (Stepper Motor)
Hình 2.16 mô tả sơ đồ nguyên lý dùng động cơ bước cung cấp điều khiển số không phản hồi về
vò trí của bàn máy khi gia công trên máy CNC. Bộ điều khiển nhận tín hiệu về chiều quay và
tính hiệu xung điện để điều khiển góc quay của động cơ. ng với mỗi tính hiệu xung điện, bộ
điều khiển sẽ đưa ra tính hiệu cường độ hoặc hiệu điện thế để làm cho động cơ quay một góc
nhất đònh nào đó (one step). Trục vít me đai ốc bi sẽ biến chuyển động quay thành chuyển động
tònh tiến của các trục.

Hình 2.16. Dùng động cơ bước để truyền động trong máy CNC
Về cơ bản động cơ bước được chia làm 3 loại sau: động cơ bước từ trở thay đổi (Variablereluctance), Động cơ bước nam châm vónh cửu (Permanent-magnet ) và động cơ bước kết hợp
(hybrid stepper motor).

(a) ĐC bước từ trở thay đổi (b) ĐC bước nam châm vónh cửu (c) ĐC bước hybrid
Hình 2.17


22


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
Động cơ bước từ trở thay đổi ra đời sớm nhất, tuy nhiên ngày nay không được sử dụng rộng rãi
vì độ phân giải và công suất không cao. Để nâng cao công xuất ta có thể dùng động cơ bước
nam châm vónh cửu. Tuy vậy, loại động cơ này độ phân giải cũng không cao (48-24 bước/vòng).
Động cơ bước được dùng rộng rải nhất trong công nghiệp hiện nay la Hybrid stepping motor.
Động cơ bước hybrid có Roto từ trở thay đổi với nam châm vónh cửu gắn trong các rãnh từ của
nó. Từ hybrid muốn chỉ đến sự kết hợp của 2 nguồn từ trường: trừ trường từ các cuộn dây Stato
và từ trường của nam châm vónh cửu. Hybrid Stepping Motor thường được dùng khi yêu cầu các
bước quay góc nhỏ. Động cơ bước với bước góc 1.8 độ (200 bước/vòng) là động cơ tiêu chuẩn
được dùng nhiều nhất trong công nghiệp tự động hóa.
3600
360
; N = 200 step / revolution; ⇒ Δθ =
Δθ =
= 1.80 / step
N
200
Điều khiển động cơ bước có thể dùng điều khiển đầy bước (full step) hoạêc không đầy bước

(micro step).
a. Điều khiển đầy bước.
Bằng việc điều khiển cường độ dòng điện cung cấp lần lượt cho từng cuộn dây trên Stato của
động cơ bước ta sẽ có được các vò trí chính xác tương ứng của Roto (nam châm). Tốc độ quay
của động cơ bước phụ thuộc vào tần số xung điện cung cấp cho các cuộn dây. Trong trường
hợp này, độ phân giải vò trí của trục vít dẫn động được tính như sau.

Δu =

l
Với: l (lead): bước ren (mm/vòng hoặc inch/vòng)
N

b. Điều khiển không đầy bước(vi bước).
Bằng việc điều khiển cung cấp cường độ dòng điện đồng thời cho các cuộn dây stato ta có
thể đònh vò trí của Roto ở các vò trí trung gian giủa các cuộn dây tương ứng, phương pháp
điều khiển động cơ bước theo cách này được gọi là điều khiển vi bước. Điều khiển vi bước
thường được sử dụng khi yêu cầu độ phân giải cao hơn, do vậy độ chính xác cao hơn. Tuy
nhiên việc điều khiển phức tạp hơn. Các vi bước thường được sử dụng là 1/10, 1/16, 1/32,
1/125. Trong trường hợp điều khiển vi bước độ phân giải được tính như sau.

Δu =

l
N .m

; m: số vi bước trong một đầy bước

¾ Lưu ý: Ở đây chỉ nêu lên những khái niệm chung nhất về động cơ bước, việc nghiên
cứu kỹ cấu cạo, cách điều khiển các loại động cơ này nói chung khá phức tạp và sẽ

được học trong các môn học khác.
Một số ưu điểm của động cơ bước là.
•
•
•
•
•
•
•

Giá thành rẻ (Low cost )
Có thể điều khiển mạch hở (Can work in an open loop , no feedback required)
Duy trì mô men rất tốt (không cần thắng, biến tốc)
Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp
Chi phí bảo dưỡng thấp (không có chổi quét) (Low maintenance , brushless)
Đònh vò chính xác
Không phải điều chỉnh các thông số điều khiển


23


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
Nhược điểm.
Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc độ thấp (điều khiển đầy bước)
Tiệu thụ dòng diện không phụ thuộc vào tải
kích cở hạn chế
làm việc việc ồn
Mô men giảm theo tốc độ
không có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số.

2.6.4/ Động cơ Servo.
Sự khác nhau cơ bản nhất của động cơ servo so với động cơ bước là động cơ servo có mạch điều
khiển kín (close loop control).Như vậy trong động cơ servo cần phải có hệ thống phản hồi để
nhận biết các thông số về vò trí, tốc độ mong muốn. Có nhiều phương pháp điều khiển vòng kín
trong đó phương pháp dùng bộ điều khiển PID là được sử dụng rộng rải nhất.
Ưu điểm cơ bản của động cơ servo so với động cơ bước là.
• Mô men trên trục đều hơn (High intermittent torque )
• Tốc độ cao hơn (High speeds )
• Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn (Work well for velocity control)
• Có nhiều kích cở hơn (Available in all sizes )
• Làm việc êm hơn (Quiet)
• Độ chính xác cao hơn
Nhược điểm cơ bản của động cơ servo so với động cơ bước là.
Đắt tiền hơn
Không làm việc tốt ở chế độ mạch điều khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi
Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển.
Bảo dưỡng tốn kém hơn, đặc biệt là động cơ DC servo
Hiện này đã có động cơ DC servo và AC servo. Động cơ DC servo ra đời trước và đã được sử
dụng rất rộng rãi. Nhưng sau rày với khả năng của việc sử dụng các Transistor với cường độ làm
việc lớn , các động cơ AC servo đã được chế tạo và được sử dụng ngày càng rộng rãi.

Hình 2.18. Động cơ servo nam châm vónh cửu


24


Máy CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Hình 2.19. Hình cắt của động cơ Servo

2.6.5/ Hệ thống phản hồi
Các loại cơ cấu phản hồi
- Biến trở (potentionmeter)
- Đo góc quay (resolvers)
- Bộ mã hoá (Encoder)
- Máy phát tốc (Tachometers)
a. Biến trơ û(chiết áp): Có 2 loại cơ bản. Biến trở thẳng tuyến tính (linear) và biến trở góc
(Rotary). Nguyên lý hoạt động của chiết áp được mô tả như hình 2.20.

Hình 2.20-Chiết áp



25