ĐATN tính toán thiết kế máy cắt khắc laser mini

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mục lục
Lời nói đầu.....................................................................................................................................6
Chương 1. Tổng quan về công nghệ máy cắt bằng Laser.......................................................7
1.1. Một vài vấn đề về máy cắt bằng Laser............................................................................7
1.1.1. Đặc điểm quá trình cắt bằng Laser...........................................................................7
1.1.2. Máy cắt bằng Laser................................................................................................10
1.1.3. Phân loại máy cắt bằng Laser.................................................................................36
1.1.4. Đặc điểm của Laser.................................................................................................37
1.1.5. Khả năng ứng dụng của Laser................................................................................37
1.1.6. Cơ chế gia công cắt gọt bằng chùm tia Laser.........................................................37
1.2. Cơ tính của Laser dùng để loại bỏ các vật liệu.............................................................38
1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cắt bằng Laser...................................................38
1.3.1. Ảnh hưởng thông số của các thiết bị cắt.................................................................39
1.3.2. Ảnh hưởng của công nghệ cắt.................................................................................41
1.4. Ứng dụng gia công CNC Laser.....................................................................................44
1.4.1. Máy cắt CNC Laser................................................................................................44
1.4.2. Ứng dụng của Laser trong ngành điêu khắc...........................................................45
1.4.3. Một số loại máy Laser thông dụng........................................................................46
Kết luận Chương 1...............................................................................................................47
Chương 2. Thiết kế chế tạo máy khắc Laser...........................................................................48
Đặt vấn đề............................................................................................................................48
2.1. Phân tích và chọn kết cấu khung máy...........................................................................49
2.1.1. Các phương án thiết kế...........................................................................................49
2.1.2. Thiết kế khung máy.................................................................................................50
2.1.3. Nguyên lý hoạt động của máy gia công máy khắc Laser thiết kế..........................55
2.2. Hệ thống điều khiển......................................................................................................57
2.2.1. Hệ thống điều khiển bằng cơ khí............................................................................57
2.2.2. Hệ thống điều khiển điện tử....................................................................................65
2.3. Tính toán thiết kế một số cơ cấu...................................................................................72

2.3.1. Chọn ổ lăn...............................................................................................................72
2.3.2. Thiết kế gối đỡ trục.................................................................................................74
Chương 3. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình..................................76
3.1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết.....................................................................77
3.2. Phân tích tính công nghệ của chi tiết............................................................................77

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

1


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.3. Xác định dạng sản xuất.................................................................................................78
3.4. Tính toán chế độ cắt......................................................................................................80
3.4.1. Nguyên công 1: Cắt phôi........................................................................................80
3.4.2. Nguyên công 2: Khỏa mặt đầu và khoan tâm.........................................................81
3.4.3. Nguyên công 3:Tiện bậc trục Ø12, Ø8, tiện rãnh...................................................85
3.4.4. Nguyên công 4:Tiện bậc trục Ø10, Ø8, tiện rãnh, tiện ren (đầu còn lại)................89
3.4.5. Nguyên công 5: Gia công rãnh vít me bi................................................................94
3.4.6. Nguyên công 6: Nhiệt luyện...................................................................................97
3.4.9. Nguyên công 9: Mài cổ trục Ø8............................................................................103
3.4.10. Nguyên công 10: Kiểm tra..................................................................................105
3.5. Xác định thời gian nguyên công.................................................................................106
3.5.1. Nguyên công 2: Khỏa mặt đầu và khoan tâm.......................................................106
3.5.2. Nguyên công 3 : Tiện bậc trục Ø12, Ø8 và tiện rãnh...........................................107
3.5.3. Nguyên công 4 : Tiện bậc trục Ø10, Ø8 và tiện rãnh (đầu còn lại)......................108
3.5.4. Nguyên công 5 : Gia công rãnh vít me bi.............................................................109
3.5.5. Nguyên công 7 : Mài rãnh vít me bi.....................................................................109
3.5.6. Nguyên công 8 : Mài cổ trục Ø10 và Ø8..............................................................109
3.5.7. Nguyên công 9 : Mài cổ trục Ø8 (đầu còn lại)......................................................110

3.6. Tính toán thiết kế đồ gá điển hình...............................................................................111
3.6.1. Định vị và kẹp chặt................................................................................................111
3.6.2. Tính toán lực kẹp...................................................................................................111
3.6.3. Chọn cơ cấu kẹp....................................................................................................113
3.6.4. Tính sai số chế tạo đồ gá.......................................................................................114
Kết luận chung...........................................................................................................................116
Tài liệu tham khảo....................................................................................................................120
Phụ lục........................................................................................................................................121

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

2


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Danh sách hình vẽ
Hình 1.1: Nguyên lý hình thành Laser .......................................................................................7
Hình 1.2: Phương pháp đột biến về nhiệt ..................................................................................8
Hình 1.3: Phương pháp cắt bằng “khoan” .................................................................................8
Hình 1.4: Phương pháp nóng chảy, đốt cháy và thổi..................................................................8
Hình 1.5: Phương pháp nóng chảy và thổi..................................................................................9
Hình 1.6: Phương pháp bay hơi .................................................................................................9
Hình 1.7: Phương pháp “cắt nguội” ...........................................................................................9
Hình 1.8: Sơ đồ khối máy cắt Laser..........................................................................................10
Hình 1.9: Kết cấu thanh trượt tròn và bạc trượt bi ...................................................................11
Hình 1.10: Kết cấu ray trượt bi.................................................................................................12
Hình 1.11: Bộ truyền đai răng...................................................................................................12
Hình 1.12: Mô tả ăn khớp của đai răng.....................................................................................13
Hình 1.13: Mô hình ứng suất trong chân răng .........................................................................13

Hình 1.14: Các loại biên dạng đai răng.....................................................................................14
Hình 1.15: Cách bố trí các sợi cốt và hướng xoắn của sợi.......................................................15
Hình 1.16: Vitme đai ốc thường ...............................................................................................16
Hình 1.18: Kết cấu bộ truyền vit me - đai ốc bi .......................................................................17
Hình 1.19: Cấu trúc bộ truyền vít me bi ..................................................................................18
Hình 1.20: Hệ thống đai ốc tải kép ..........................................................................................19
Hình 1.21: Động cơ servo ........................................................................................................21
Hình 1.22: Mặt cắt servo motor ...............................................................................................22
Hình 1.23: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển động cơ bước .......................................25
Hình 1.24: Sơ đồ nối dây trong động cơ...................................................................................27
Hình 1.25: Sơ đồ mạch động cơ bước......................................................................................28
Hình 1.26: Bộ điều khiển servo ...............................................................................................30
Hình 1.27: Mạch vòng điều khiển.............................................................................................31
Hình 1.28: Đầu phát Laser bằng khí CO2 ................................................................................33
Hình 1.29: Cấu tạo Laser Rubi.................................................................................................34
Hình 1.30: Ảnh hưởng của công suất máy phát đến chiều sâu lỗ cắt.......................................40
Hình 1.31: Quan hệ giưa chiều sâu lỗ với số xung...................................................................40
Hình 1.32: Sự phụ thuộc đường kính đầu mỏ cắt và vận tốc cắt..............................................41
Hình 1.33: Quan hệ của tốc độ cắt và chiều dày vật cắt..........................................................41
Hình 1.34: Phụ thuộc tiết diện rãnh cắt vào tốc độ cắt............................................................42
Hình 1.35: Phụ thuộc hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ vào vị trí đặt tiêu điểm
của chùm Laser.........................................................................................................................42
Hình 1.36 a,b: Hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ phụ thuộc vào vị trí đặt tiêu
điểm của chùm Laser................................................................................................................43
Hình 1.37: Một số dạng mép cắt khi có sử dụng khí thổi.........................................................43
Hình 1.38: Sự phụ thuộc vào thành phần lớp sơn phủ trên bề mặt thép 45 đánh bóng ...........44
Hình 1.39: Sự phụ thuộc bán kính lỗ vào áp lực phản lực của hơi ..........................................44
Hình 1.40: Máy CNC Laser .....................................................................................................45
Hình 1.41: Một số sản phẩm gia công bằng máy Laser ...........................................................45
Hình 1.42: Một số sản phẩm gia công bằng máy Laser ...........................................................46

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

3


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.1 Một số sản phẩm máy khắc laser...............................................................................48
Hình 2.2: Mô hình máy cắt Laser.............................................................................................50
Hình 2.3(a, b, c): Hình chiếu 2 chiều và hình không gian 3 chiều...........................................52
Hình 2.4: Khung máy và mô hình phân tích phần tử hữu hạn khung máy...............................53
Hình 2.5. Khung máy đỡ trục Y................................................................................................54
Hình 2.6: Bàn máy mô phỏng trên Solidworks 2014................................................................55
Hình 2.7: Sơ đồ khối máy khắc Laser.......................................................................................56
Hình 2.8: Sơ đồ lực tác lên trục trượt.......................................................................................58
Hình 2.9: Sử dụng phần mềm Solidworks để kiểm nghiệm độ bền trục..................................59
Hình 2.10: Biểu đồ quan hệ mô men và tốc độ động cơ...........................................................60
Hình 2.11: Động cơ bước..........................................................................................................61
Hình 2.12: Hình ảnh khớp nối mềm.........................................................................................63
Hình 2.13 : Sơ đồ lực tác dung lên trục vít me bi.....................................................................64
Hình 2.14: Bo mạch Microstep Driver P441............................................................................66
Hình 2.15 a: Hình vẽ đấu dây Microstep Driver P441.............................................................67
Hình2.15 b: Hình vẽ đấu nối mạch đệm driver P441...............................................................68
Hình 2.15 c: Hình vẽ đấu nối đầu vào mạch đệm.....................................................................68
Hình 2.16: Giao diện của phần mềm Inkscape........................................................................72
Hình 2.17: Thông số cơ bản của ổ lăn trục X...........................................................................72
Hình 2.18: Kích thước ổ lăn trục X..........................................................................................73
Hình 2.19: Kích thước ổ lăn trục Y và Z...................................................................................73
Hình 2.20: Kích thước gối đỡ trục vít me X.............................................................................74
Hình 2.21: Kích thước gối đỡ trục vít me Y và Z.....................................................................75

Hình 2.22: Kích thước gối đỡ trục trơn X.................................................................................75
Hình 2.23: Kích thước gối đỡ trục trơn Y và Z.........................................................................76
Hình 2.24: Kích thước gối đai ốc vít me bi trục X...................................................................76
Hình 3.1. Nguyên công 1: Cắt phôi..........................................................................................80
Hình 3.2. Nguyên công 2: Khỏa mặt đầu và khoan tâm...........................................................81
Hình 3.4 : Nguyên công 4:Tiện bậc trục Ø10, Ø8, tiện rãnh, tiện ren (đầu còn lại).................89
Hình 3.5. Nguyên công 5: Gia công rãnh vít me bi..................................................................94
Hình 3.6. Nguyên công 6: Nhiệt luyện.....................................................................................97
Hình 3.7. Nguyên công 7: Mài rãnh vít me bi..........................................................................99
Hình 3.8. Nguyên công 8: Mài cổ trục Ø10 và Ø8.................................................................100
Hình 3.9. Nguyên công 9: Mài cổ trục Ø8..............................................................................103
Hình 3.10. Nguyên công 10: Kiểm tra....................................................................................105
Hình 3.11. Dưỡng kiểm tra vít me..........................................................................................106
Hình 4.2: Hình ảnh một số sản phẩm gia công bằng máy sau khi hoàn thiện........................117

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

4


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Danh sách bảng
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn về Bước Góc của động cơ bước........................................................26
Bảng 1.2: Cơ tính của các loại vật liệu điển hình cắt bẳng Laser…………………………38
Bảng 1.3: Năng lượng riêng khi cắt của một số vật liệu phi kim ........................................39
Bảng 2.1: Thông số một số động cơ bước............................................................................61
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật điện ( thông số kỹ thuật ).......................................................61
Bảng 2.3: Thông số khớp nối...............................................................................................63
Bảng 2.4: Thông số hoạt động (nhiệt độ môi trường 25oC).................................................67

Bảng 2.5: Thiết lập dòng điện..............................................................................................67
Bảng 3.1: Thành phần hóa học thép C45.............................................................................77
Bảng 4.1. Bảng thông số kỹ thuật của máy khắc laser.......................................................117
Bảng 4.2. Chế độ cắt bằng máy khắc Laser đối với một số vât liệu..................................118

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

5


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Lời nói đầu

Ngày nay, nghành công nghiệp trang trí, điêu khắc trên các
vật liệu khác nhau được hình thành và phát triển mạnh mẽ và
cũng vì thế đòi hỏi những công cụ máy móc gia công chính xác
và gia tăng năng xuất. Nắm được tầm quan trọng đó, nhóm em
đã làm đề tài “ Thiết kế và chế tạo máy cắt khắc Laser “
nhằm điều khiển máy giúp vẽ, khắc logo,… ngày càng trở nên
đơn giản.
Những kiến thức học được và năng lực đạt được trong quá
trình học tập của chúng em tại trường được áp dụng vào việc
thực hiện Đồ án tốt nghiệp lần này. Xin được gửi lời cảm ơn chân
thành đến TS. Nguyễn Hữu Phấn đã định hướng, hỗ trợ và
giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thưc hiện đề tài. Kết quả
là những sản phẩm đạt được trong ngày hôm nay tuy không lớn
lao nhưng nó là thành quả của 4 năm học tại trường là thành
công đầu tiên của chúng em trước khi ra trường.
Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh

khỏi những sai sót và sơ suất rất mong thầy cô thông cảm.
Cuối cùng, chúng em rất mong được tiếp nhận những ý kiến
đóng góp chuyên sâu của quý thầy cô và các bạn.

Nhóm sinh viên

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

6


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY CẮT BẰNG LASER
1.1. Một vài vấn đề về máy cắt bằng Laser
1.1.1. Đặc điểm quá trình cắt bằng Laser
a. Nguyên lý quá trình cắt
Laser (Light Amplifications by Stimulated Emission of Radiation) là năng lượng
của chùm tia Laser tập trung vào phần nhỏ của phôi nhờ hệ thống thấu kính làm cho
phần vật liệu phôi bị nóng chảy cục bộ (d5mm). Phần vật liệu nóng chảy bị đẩy ra
khỏi vùng gia công bởi một dòng khí có áp lực cao, đồng trục với chùm tia Laser. Đối
với một số loại vật liệu thì dòng khí này làm tăng tốc quá trình cắt bởi tác động hóa
học và lý học. Vùng vật liệu bị nóng chảy cục bộ được di chuyển dọc bề mặt chi tiết
theo một quỹ đạo và sinh ra vết cắt. Chuyển động được thực hiện bằng cách di chuyển
chùm tia Laser hội tụ nhờ hệ thống gương CNC hoặc chuyển động cơ khí tấm vật liệu
theo hai phương X-Y trên bàn máy CNC. Các hệ thống tự động hóa hoàn toàn cho
phép cắt được các hình dáng 3D.

Hình 1.1: Nguyên lý hình thành Laser [3]

Trên hình 1.1 có thể thấy, trong hộp cộng hưởng quang học (4) ở hai phía là hai
thấu kính phản chiếu (6 và 8) và giữa hai gương đó là môi trường hoạt tính 1 (hay
thanh Laser), những nguyên tử trong môi trường này bị kích thích bởi nguồn sáng có
trạng thái ổn định 2. Các proton được phóng ra và hướng vào trục quang học của thanh
Laser. Các proton này va chạm với nhau và tiếp tục tạo ra các proton khác, các proton
này kết nối nhau cả về pha cũng như về hướng. Quá trình này tiếp diễn ra cho đến khi
các proton chuyển động dọc theo trục quang học và sau nhiều lần phản xạ các proton
này có đủ năng lượng để rời khỏi thanh Laser qua kính số 6, phần còn lại bị phản xạ
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

7


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
trở lại và tiếp tục quá trình hình thành các proton. Khi tia sáng đã chiếu xuyên qua
kính phản chiếu 5 thì đầu ra sẽ hình thành một chùm tia nối tiếp nhau. Chùm tia này sẽ
đi qua một thấu kính hội tụ để tập trung năng lượng tại một điểm, nếu đặt vật cần gia
công tại tiêu điểm này thì nhiệt độ cục bộ tại đó có thể lên tới 8000ºC trong 1 ms.
b. Các phương pháp cắt bằng Laser
Để tiến hành cắt có thể tiến hành theo 6 phương pháp cắt sau đây [2]:
- Phương pháp đột biến về nhiệt (Năng lượng tương đương (NLTĐ) - 1 lần): Đây
là phương pháp lợi dụng sự tập trung nhiệt đột ngột tại một điểm rất nhỏ trên bề mặt
vật cắt và liên tục phát triển với tốc độ cao (cm/s), gây nên sự gẫy đột biến và tạo nên
rãnh cắt. Phương pháp này thường dùng khi cắt vật liệu dòn.

Hình 1.2: Phương pháp đột biến về nhiệt [2]

- Phương pháp cắt bằng “khoan” ( NLTĐ là 1 lần): Cơ sở của phương pháp này
là dùng tia Laser khoan các lỗ sâu hoặc không sâu, sau đó bẻ gẫy bằng cơ học. Phương
pháp này thường dùng khi cắt vật liệu dòn.

Hình 1.3: Phương pháp cắt bằng “khoan” [2]

- Phương pháp nóng chảy, đốt cháy và thổi (NLTĐ gấp 10 lần): Làm cho vật liệu
nóng chảy, cháy sau đó thổi các sản phẩm cháy đi,tạo nên rãnh cắt. Trong quá trình
nóng chảy đồng thời xảy ra phản ứng cháy cung cấp nhiệt bổ sung nên năng lượng
tương đương tăng lên rất nhiều (10 lần) so với khoan cắt.

Hình 1.4: Phương pháp nóng chảy, đốt cháy và thổi [2]

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

8


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Phương pháp nóng chảy và thổi (NLTĐ gấp 20 lần): Nung nóng chảy vùng bị
cắt và dùng khí áp suất cao thổi chúng ra khỏi vùng cắt và tạo nên rãnh cắt.

Hình 1.5: Phương pháp nóng chảy và thổi [2]

- Phương pháp bay hơi (NLTĐ gấp 40 lần): Sử dụng nguồn nhiệt cao, tập trung
làm cho vật liệu bay hơi tạo nên rãnh cắt.

Hình 1.6: Phương pháp bay hơi [2]

- Phương pháp “cắt nguội” (NLTĐ gấp 100 lần): Dùng Laser có dải tần số vùng
cực tím có năng lượng siêu cao để cắt. Phương pháp này dùng để cắt vật liệu platic, vi
phẩu thuật. Chất lượng mép cắt rất cao.

Hình 1.7: Phương pháp “cắt nguội” [2]

c. Đặc điểm quá trình cắt
Cắt bằng Laser có nhiều ưu điểm đối với vật liệu có chiều dày nhỏ với vật liệu
phi kim loại và kim loại.
Ưu điểm:
- Chùm tia Laser có nguồn nhiệt tập trung với mật độ nhiệt cao. Vì thế nó có thể
cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó.
- Rãnh cắt hẹp; sắc cạnh; độ chính xác cao.
- Có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong bất kỳ.
- Mép cắt sạch đẹp, không cần các bước gia công phụ thêm.
- Quá trình cắt xảy ra nhanh chóng.
- Đây là quá trình cắt không tiếp xúc; nó có thể cắt theo các hướng khác nhau.
- Có thể cắt vật liệu có từ tính và không từ tính.
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

9


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Khi cắt, không có các tác dụng cơ học nên tồn tại rất ít ảnh hưởng của biến
dạng trong quá trình cắt và sau khi cắt. Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, biến dạng nhiệt ít.
- Có năng suất cao; có thể tăng năng suất khi sử dụng các máy có điều khiển
bằng chương trình NC, CNC.
- Có thể cơ khí hoá và tự động hoá điều khiển quá trình cắt; Cắt vật liệu phi kim
loại chiếm tỷ lệ khoảng 70 % (ví dụ: như cắt vật liệu ceramíc, kính, vật liệu compôzit
đặc biệt là vải và các loại giấy); phần còn lại khoảng 30% là cắt kim loại. Thời gian gia
công bằng chùm tia Laser khi tự động hoá có thể giảm từ 8 giờ xuống còn 4 phút.
- Không gây ồn; điều kiện lao động tốt. Ngoài ra điều kiện làm việc của công
nhân được cải thiện rất nhiều do lượng bụi ít hơn so với các phương pháp gia công cơ

khí.
- Chiều dày cắt hạn chế trong khoảng 10 - 20mm (phụ thuộc vào công suất của
nguồn Laser).
Nhược điểm:
- Giá thành thiết bị cao.
- Khó gia công các lỗ sâu không thông.
- Không gia công được các lỗ sâu quá 50 mm.
- Để lại các kim loại trên miệng hố gia công nên cần phải làm sạch chúng.
1.1.2. Máy cắt bằng Laser
Cấu tạo:

Hình 1.8: Sơ đồ khối máy cắt Laser [3]

Các thiết bị cắt Laser hiện nay thường có cấu tạo gồm các thành phần chính như sau:
1.1.2.1: Cơ khí:

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

10


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hệ thống cơ khí của máy là một hệ kết cấu khung máy, băng máy, các cơ cấu
truyền động - dịch chuyển tọa độ chính xác, hệ điều khiển CNC. Nhiệm vụ của hệ
thống cơ khí này là tạo lên một hệ truyền động cơ khí chính xác và di chuyển nội suy.
Thực tế, thường gặp các máy có chức năng kết hợp như máy Đột dập + Laser, Cắt
Laser + Hàn Laser,...ở các máy này, hệ thống cơ khí có kết cấu phức tạp hơn, được
trang bị đầy đủ các bộ phận cần thiết để máy có thể thực hiện nhiều chức năng gia
công khác nhau trên cùng một sản phẩm. Sự khác biệt và đáng lưu ý nhất trên hệ máy
chính là hệ thống dẫn chùm tia Laser đi từ nguồn phát tới đầu cắt. Đó là thường là một

đường ống kín có các điểm chuyển hướng theo đường đi của chùm tia Laser. Tại mỗi
điểm chuyển hướng được lắp đặt một gương phản xạ có tác dụng đổi hướng chùm tia
Laser. Tới gần vị trí đầu cắt, một thấu kính hội tụ được lắp đặt vuông góc với trục của
chùm tia Laser, có tác dụng hội tụ chùm tia Laser tới một điểm, đó chính là điểm sẽ
được cắt trên bề mặt của vật liệu. Toàn bộ các gương phản xạ và thấu kính hội tụ được
được gá đặt sao cho có thể điều chỉnh góc độ để trong quá trình lắp đặt căn chỉnh,
chúng ta có thể điều chỉnh hướng đi của chùm tia theo một góc độ nhất định.
a. Hệ dẫn hướng:
Hệ thống dẫn hướng sử dụng thanh trượt tròn bằng thép đặc kết hợp với bạc bi
trượt (hình 1.9). Kết cấu này có độ cứng vững và độ chính xác thấp hơn do thanh trượt
tròn được đặt trên hai gối đỡ ở hai đầu. Với các máy có chiều kích thước lớn thì phải
sử dụng hệ thống bạc bi trượt dạng chữ C, loại bạc này cho phép bổ xung các điểm đỡ
thanh trượt nhằm tránh biến dạng khi chịu tải.

Hình 1.9: Kết cấu thanh trượt tròn và bạc trượt bi [10]

Thanh trượt có thể dạng thanh tròn hoặc thanh ray trượt, trong đó: Dạng thanh
tròn làm bằng thép chịu lực cao, bề mặt mạ Crôm, tốc độ di chuyển con trượt cao
(10m/s), hoạt động trơn (êm, tiếng ồn thấp), dễ dàng tháo lắp. Tuy nhiên độ cứng
vững không cao; Thực tế các máy CNC sử dụng hế thống dẫn hướng bằng các ray
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

11


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
trượt bi (hình 1.10). Hệ thống dẫn hướng này có độ cững vững cao hơn do được đặt
trên mặt phẳng và liên kết bulông với thân máy tuy nhiên giá thành cao nên chủ yếu sử
dụng trong các máy công nghiệp.

Hình 1.10: Kết cấu ray trượt bi [10]

b. Hệ thống truyền động
Truyền động bằng đai răng:

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

12


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.11: Bộ truyền đai răng [4]

Đai răng tương tự như đai dẹt nhưng bề mặt trong có các gờ hình thang, tròn
hoặc cong. Trên các bánh đai cũng có các rãnh tương ứng. Bộ truyền làm việc được là
nhờ vào sự ăn khớp giữa đai và các răng của bánh đai. Bộ truyền đai răng được dùng
đến công suất 100KW, cá biệt có thể đến 500KW và tốc độ thường 5 ÷ 50 (m/s), có khi
lên đến 80(m/s) với đai loại nhẹ. Bề rộng của đai có thể đến 380(mm), tỷ số truyền đạt
đến 12, đôi lúc đến 30, hiệu suất tối đa 98%.

Hình 1.12: Mô tả ăn khớp của đai răng [4]

Theo nghiên cứu ở tài liệu [4] đối với đai răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp,
qua phương pháp phân tích bằng quang đàn hồi người ta thấy rằng ứng suất phân bố
trong chân răng đai răng khác nhau tuỳ vào hình dạng của răng. ở răng hình thang có
sự tập trung ứng suất ở chân răng (thể hiện bằng các đường gần tròn tại chân răng bên
trái), các nơi khác ngoài vị trí chân răng thì ứng suất rất thấp. Trong khi đó đối với đai
răng cong, ứng suất phân bố đồng đều hơn và gần như hằng số trên răng, tải tập trung
lớn nhất vào phần tử chịu căng (lớp sợi cốt).

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

13


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.13: Mô hình ứng suất trong chân răng [4]

Đường ứng suất chính trong đai răng hình thang nằm ở chân răng. Trong quá
trình đai làm việc, ứng suất này hạn chế rất lớn tuổi thọ của đai, đai răng cong khắc
phục được hiện tượng này, bảo vệ được răng đai không bị cắt trượt ở chân dưới tác
dụng của momen tải. Răng đai hình cong tiếp xúc với rãnh răng trên bánh đai trên toàn
bộ diện tích răng, cải thiện điều kiện ăn khớp, hạn chế rung động và độ biến dạng của
răng đai, khả năng tải tăng lên 40%. Như vậy đai răng cong có ưu điểm hơn đai thang
(tuổi thọ đai cao hơn) tuy nhiên với biên dạng cong việc chế tạo dây đai và bánh đai
đều khó hơn, đấy là lý do tại sao đai răng biên dạng hình thang vẫn tồn tại và được sử
dụng khá phổ biến.

Hình 1.14: Các loại biên dạng đai răng [4]
a) Răng hình thang, b) Răng hình thang có xẽ rãnh ở chân răng, c) Răng hình thang
chân răng tạo góc, d) Răng cung tròn, e) Răng cong

Kết cấu:
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

14


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Kết cấu của dây đai bao gồm phần lõi và phần nền. Phần lõi nằm ở lớp trung hoà
và là phần tử chịu lực vòng chính của dây đai. Vật liệu chế tạo lõi là polyester, Kevlar,
Fiberglass, thép. Phần lõi chịu lực được nhúng vào Cao su thiên nhiên, neoprene hoặc
polyurethane. Răng dây đai là vật liệu nền (neoprene) được bảo vệ bằng một lớp nylon
bao phủ ở mặt ngoài với mục đích chống mòn. Chức năng của từng lớp đai có tác dụng
đối với toàn bộ kết cấu đai như sau:
- Lớp cốt sợi chịu kéo: tạo ra sức bền kéo cho đai, giúp đai mềm dẻo và chống lại
sự dãn dài.
- Lớp neoprene ở mặt lưng đai được liên kết với lớp cốt sợi nhằm mục đích
chống lại chất bẩn, dầu mỡ và các chất ăn mòn. Nó cũng bảo vệ đai khỏi mòn nếu
dùng bánh căng đai ở mặt lưng đai.
- Phần răng đai chống lại ứng suất cắt và được đúc liền với lớp lưng. Răng đai
phải được chế tạo chính xác về biên dạng và bước để chúng ăn khớp êm và chính xác
với răng của bánh đai.
- Lớp nylông ở bề mặt răng đai có hệ số ma sát nhỏ và khả năng chống mòn cao
nhằm tăng độ bền mòn và thời gian làm việc cho răng đai.
Điều cần chú ý về lớp sợi cốt, các sợi cần phải được se xoắn lại và bố trí các sợi
có hướng xoắn ngược nhau từng đôi một. Các sợi không được quấn liên tục sát nhau vì
nếu quấn như vậy sẽ làm cho hai lớp cao su ở phần lưng đai và răng đai dễ dàng tách
ra làm đai chóng hỏng.

Hình 1.15: Cách bố trí các sợi cốt và hướng xoắn của sợi [4]

Lõi đai giúp tăng cường khả năng chịu được lực vòng khi truyền mômen xoắn
cũng như truyền lực cho dây đai. Các loại vật liệu dùng làm lõi đai cần có các yêu cầu
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

15

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
sau: - Sức bền kéo cao. - ít bị dãn. - Chống được ăn mòn hoá học. - Chịu uốn tốt (mềm
dẻo). Vật liệu chế tạo cốt bao gồm: Kevlar, Polyester, Fiberglass, Thép.
Truyền đông bằng Vít me-đai ốc thường
Vít me là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền chuyển động cho cơ
cấu trượt dọc theo trục vít me. Trục vít me thường rất dài so với đường kính của nó
(hàng chục hay cả trăm lần), có ren (thường là 2 đầu mối) hình thang để chịu lực cao.
Khi truyền động, thường thì trục vít quay làm cho đai ốc (cùng cơ cấu trên nó) chuyển
động tịnh tiến. Đôi khi cũng có cơ cấu đai ốc quay làm cho trục vít me chuyển động
tịnh tiến. Trên nguyên lý khi truyền động, Nếu trục vít đứng yên thì đai ốc chuyển
động tịnh tiến hoặc đai ốc đứng yên thì trục vít chuyển động tịnh tiến

Hình 1.16: Vitme đai ốc thường [10]

Truyền động bằng Vitme bi-đai ốc bi

Hình 1.17: Hình ảnh vitme-đai ốc bi được sử dụng trong máy công nghiệp [10]

Hệ thống truyền động sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi, truyền động vít me bi
được sử dụng phổ biến trong các máy điều khiển số nhờ các ưu điểm nổi trội của nó
như: ma sát nhỏ, làm việc êm, ổn định và có độ chính xác cao. Tuy nhiên nhược điểm
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

16


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
của vít me bi là khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường (do đặc điểm cấu
tạo..). Ngoài ra do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khăn và giá thành đắt.

Hình 1.18: Kết cấu bộ truyền vit me - đai ốc bi [10]

- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động vitme bi: Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma
sát trượt thông thường thì đây là tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thông qua các viên bi
được chuyển thành ma sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm lớn: chỉ cần một lực
quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động. Độ chính xác di chuyển cao do
không có độ rơ giữa vít me và đai ốc. Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vít me – đai ốc
bi đó là dạng profin răng vít me và đai ốc. Profin răng vít me dạng chữ nhật và hình
thang là chế tạo dễ dàng hơn cả nhưng khả năng chịu tải kém.Để tăng khả năng chịu
tải , người ta tăng bề mặt làm việc của bộ truyền bằng cách chế tạo profin dạng tròn.
Vít me bi cũng giống như ổ bi vít hoặc trục vít có vòng bi tuần hoàn. Nó gồm một trục
vít, một đai ốc, những viên bi và cơ chế hồi bi (hình 1.19).

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

17


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.19: Cấu trúc bộ truyền vít me bi [10]

Vòng bích được gắn vào phần di chuyển của máy công cụ CNC. Khi vít quay,
phần đai ốc đi theo chuyển động dọc theo đường dẫn hướng. Tuy nhiên, vì rãnh trong
vít me bi có dạng xoắn ốc, những viên bi thép của nó cuộn theo rãnh xoắn, và sau đó,
chúng có thể đi ra khỏi đai ốc bi trừ khi chúng bị chặn lại tại một điểm nhất định. Vì
vậy, cần phải thay đổi quĩ đạo của chúng sau khi chúng đi đến một vị trí nhất định
bằng cách dẫn hướng chúng, một cái khác, trở lại "điểm xuất phát" của chúng (hình
thành một đường dẫn tuần hoàn). Các bộ phận tuần hoàn đóng vai trò đó. Khi trục vít
quay, (như hình 1.19) một bi thép tại điểm (A) di chuyển 3 vòng rãnh vít, lăn theo các

đường rãnh trục vít và đai ốc, và cuối cùng đến điểm (B). Sau đó, viên bi bị thay đổi
quĩ đạo ở tại đầu ống, đi xuyên qua ống, cho đến khi nó quay trở lại điểm (A). Bất cứ
khi nào đai ốc quay trên trục vít, các bi sẽ lặp lại sự tuần hoàn đó bên trong ống hồi bi.
Khi các mảnh vụn hoặc vật chất lạ xâm nhập vào bên trong đai ốc bi, nó có thể
ảnh hưởng đến sự vận hành êm ái hoặc gây ra sự mài mòn sớm, hoặc chúng có thể gây
ảnh hưởng xấu đến chức năng của trục vít me bi. Để ngăn chặn những điều như vậy
xảy ra, vòng chặn được đưa vào để giữ cho chất gây ô nhiễm ở ngoài. Có nhiều loại
vòng chặn khác nhau, vòng chặn nhựa hoặc loại [vòng chổi] dùng cho các loại ổ trục
vít.
Tải trọng:

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

18


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.20: Hệ thống đai ốc tải kép [10]

Để thực hiện được chuyển động hai chiều của bộ phận quay mà không có bất kỳ
lỗi vị trí nào, sự đối ngược giữa đai ốc và ốc vít nên là tối thiểu. Sự cân bằng có thể có
được bằng cách lắp hai đai ốc bằng với tải trọng (kéo hoặc nén) hoặc bằng cách đặt
một tải vượt quá tải vận hành tối đa. Hình 1.20 miêu tả hệ thống đai ốc tải kép. Một
miếng đệm (tấm đệm) được lắp giữa hai đai ốc để tải trọng. Tải trọng là để tạo ra các
biến dạng đàn hồi (chệch hướng) trong các bi thép và các rãnh dẫn bi trong đai ốc và
trước trục vít bằng cách cung cấp tải dọc trục. Kết quả là các bi ở một trong các đai ốc
tiếp xúc với một bên của rãnh và bi trong đai ốc khác tiếp xúc với bên đối diện.
- Ảnh hưởng của tải trọng:
+ Sự cân bằng: Nó loại bỏ trục hoạt động giữa trục vít me và đai ốc bi.

+ Giảm thiểu sự biến dạng đàn hồi do lực bên ngoài gây ra, do đó độ cứng
tăng lên. Trong trường hợp có sai sót về lắp ráp, sự không thẳng hàng giữa trục
vít và đai ốc bi có thể xảy ra, sẽ tạo ra thêm các lực biến dạng. Điều này có thể
dẫn đến những vấn đề như:
 Thời gian sử dụng rút ngắn
 Ảnh hưởng bất lợi đến hoạt động trơn tru
 Giảm độ chính xác vị trí
 Tạo tiếng ồn hoặc rung động
 Sự phá vỡ trục vít.
Ưu điểm, nhược điểm của vít me bi:
- Ưu điểm:
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

19


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Hiệu quả và chính xác cao.
+ Mômen khởi động nhỏ hơn.
+ Độ ma sát thấp hơn so với các loại vít trượt và hoạt động sinh nhiệt ít hơn.
+ Hiệu suất truyền tải điện rất cao và có tỷ lệ 95%.
+ Có thể dễ dàng tải trước để loại bỏ phản ứng.
+ Lực ma sát hầu như độc lập với tốc độ di chuyển và ma sát ở phần còn lại
là rất nhỏ; do đó hiện tượng trượt thanh trượt là gần như được loại bỏ, đảm bảo
tính đồng nhất của chuyển động.
+ Có tuổi thọ dài hơn nên cần thay thế ít hơn.
+ Các vít me bi được chuẩn bị tốt cho hiệu quả cao, dùng với các tốc độ cao
hoặc những chiếc có thời gian chu kỳ liên tục hoặc dài.
+ Di chuyển trơn tru trên toàn bộ hành trình.
- Nhược điểm:

+ Có xu hướng rung.
+ Yêu cầu thường xuyên đại tu để duy trì hiệu quả.
+ Bụi bẩn hoặc các hạt nước ngoài làm giảm tuổi thọ của ốc vít.
+ Không cứng như các ốc vít khác, do đó độ lệch và tốc độ tới hạn có thể
gây khó khăn.
+ Chúng không phải là ốc vít tự khóa do đó không thể được sử dụng trong
các thiết bị giữ như là các mỏ kẹp.
+ Yêu cầu mức bôi trơn cao.
Ứng dụng vít me bi:
- Vít me bi được sử dụng trong các máy cắt, chẳng hạn như trung tâm gia
công và máy tiện CNC, nơi mà vị trí chính xác của bàn máy là yêu cầu quan
trọng.
- Được sử dụng trong các thiết bị như thiết bị in thạch bản hoặc thiết bị kiểm
tra, nơi định vị chính xác là quan trọng
- Vít me bi có độ chính xác cao được sử dụng trong bộ khuyếch tán cho
ngành sản xuất chất bán dẫn để lắp ráp chính xác các bộ phận vi mô.
- Được sử dụng trong ứng dụng robot mà cần phải định vị chính xác.
- Được sử dụng trong các thiết bị kiểm tra y tế vì chúng có độ chính xác cao
và cung cấp chuyển động trơn tru.
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

20


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
c. Động cơ
Động cơ bước (STEP) và động cơ SERVO được sử dụng rất nhiều trong hệ thống
di chuyển bàn máy của máy phay CNC, máy tiện CNC, máy xung, máy cắt dây EDM,
máy chuyên dụng...
* Động cơ Servo

- Giới thiệu về động cơ servo

Hình 1.21: Động cơ servo [6]

Về cơ bản thì động cơ servo và động cơ thường là tương tự nhau về kết cấu và
hoạt động. Tuy nhiên, động cơ Servo được thiết kế để đáp ứng yêu cầu cao về độ chính
xác, tốc độ và tần số cao kiểm soát tốc độ cũng như vị trí các phương tiện cơ khí.
Động cơ Servo là những hệ 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 lý do nào ngăn cản chuyển động của động cơ, cơ cấu hồi
tiếp sẽ nhận được tín hiệu và chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp
tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
Động cơ Servo có nhiều hình dáng và kích thước, được dùng trong rất nhiều máy
khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng tay cho tới các mô hình máy bay và xe hơi.
Ứng dụng mới nhất của động cơ Servo là trong các bộ truyền động của máy cắt
cnc plasma, cnc laser, Robot ….
Động cơ Servo nhờ sự phản hồi của encoder, điều khiển vòng kín có điều kiện
nên có độ chính xác cao hơn, lấy ví dụ với encoder 1000 xung thì động cơ servo có thể
chính xác tới 360/1000 = 0,36 độ. Với encoder 5000 xung ... thì 360/5000 = 0,072 độ.
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

21


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Do sử dụng bằng cách đếm xung để điều khiển vị trí nên gặp trường hợp bị trượt lực
(moto bị trượt) sẽ vẫn có kết quả chính xác ở vị trí cần thiết khác hoàn toàn với moto
bước. Motor bước khi bị trượt lực sẽ cho vị trí không chính xác (do bị mất bước) (VD :
cấp 200 xung để quay hết 1 vòng nhưng do tải quả nặng, bị kẹt nên cấp 200 xung mà
vẫn chưa quay hết 1 vòng ). Một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu

đựng được các tín hiệu điều khiển ở tần số rất và có khả năng chịu được được những
yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ bộ điều khiển (có thể tạo ra các xung điện hài bậc cao).
Những động cơ như thế này thường được cải tiến về phần cơ để có tuổi thọ cao và có
thể chống lại được sự hao mòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như trên chổi than
(đối với động cơ DC).
Điều khiển, xử lý servo sẽ khó khăn hơn rất nhiều so với Moto Stepper, các
driver sử dụng chổi than phải bảo dưỡng định kỳ. Stepper bền theo thời gian, không có
chổi than, kích thước nhỏ gọn nhưng lại có mô men lực lớn nên ít phải bảo dưỡng hay
hỏng hóc. Servo đòi hỏi công suất cao hơn, có mô men yếu hơn, servo DC thì kém bền
do phải.
- Đặc điểm động cơ servo:
Động cơ servo có nhiều loại DC servo, AC servo , RC servo …..

Hình 1.22: Mặt cắt servo motor [10]

+ Tự động tăng tốc độ:
Với những loại động cơ thường để chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì nhất
định phải có một khoảng thời gian quá độ. Tuy nhiên trong thực tế, đôi khi đòi hỏi
phải có một động cơ tăng/ giảm tốc độ một cách nhanh chóng để đạt được tốc độ mong
muốn trong thời gian ngắn nhất hoặc tới một vị trí trong thời gian ngắn nhấ
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

22


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Tăng khả năng đáp ứng:
Đáp ứng ở đây cần phải hiểu đó là sự giảm / tăng tốc cần phải ” mềm ” nghĩa là
gia tốc có thể coi là một hằng số. Một số động cơ như thang máy hay trong một số
băng chuyền đòi hỏi đáp ứng tốc độ của cơ cấu phải ” Mền ” , nghĩa là quá trình thay

đổi vận tốc phải diễn ra một cách tuyến tính. Để có thể làm được việc này thì yêu cầu
cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏ để bỏ đi khả năng chống lại sự thay đổi
dòng điện do mạch điều khiển yêu cầu. Các động cơ Servo thuộc dòng này thường hay
được thiết kế hạn chế số cuộn dây có ở bên trong mạch & có khả năng thu hẹp các
vòng từ trong mạch từ khe hở không khí.
+ Mở rộng vùng điều khiển
Một số yêu cầu trong điều khiển cần điều khiển động cơ ở một dải tốc độ lớn hơn
định mức rất nhiều. Động cơ bình thường chỉ cho phép điện áp đặt lên nó phải bằng
điện áp chịu đựng của động cơ và thông thường không quá lớn so với điện áp điện
mức.
Động cơ Servo thuộc loại này có thiết kế đặc biệt nhằm gia tăng điện áp chịu
đựng hoặc tăng khả năng bão hòa mạch từ trong động cơ. Như vậy động cơ Servo
thuộc loại này phải được tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm
đất hiếm ( Rate Earth ).
+ Khả năng ổn định tốc độ
Vận tốc quay của động cơ SERVO được nhà sản xuất thiết kế sao cho ổn định
nhất so với các động cơ thường.
Như các ta biết là không có mạch điện hoàn hảo, không có từ trường hoàn hảo
trong thực tế. Chính vì vậy một động cơ quay 1750 rpm không có nghĩa là nó luôn
luôn quay ở 1750 rpm mà nó chỉ dao động quanh giá trị này. Động cơ Servo khác biệt
với động cơ thường ở chỗ độ ổn định tốc độ khá cao. Các động cơ Servo loại này
thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ chính xác ( như Robot ). Nó
được thiết kế sao cho có thể gia tăng được dòng từ trong mạch từ lên khác cao và gia
tăng từ tính của cực từ. Các rãnh rotor được thiết kế với hình dáng đặc biệt và các
cuộn dây rotor cũng được bố trí khác biệt để có thể đáp ứng được yêu cầu này.
+ Tăng khả năng chịu đựng của động cơ
Một số động cơ Servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệu
điều khiển ở tần số rất cao và có khả năng chịu được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

23


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
từ bộ điều khiển. Những động cơ như thế này thường được cải tiến về phần cơ để có
tuổi thọ cao và có thể chống lại được sự hao mòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như
trên chổi than ( đối với DC ).
- Ưu điểm:
+ Momen xoắn lớn, tốc độ đáp ứng nhanh, độ chính xác cao.
+ Hiệu suất hoạt động cao.
+ Không trượt bước khi tải đặt vào động cơ tăng.
+ Hoạt động với tốc độ cao tốt.
- Nhược điểm:

+ Driver điều khiển khá phức tạp, khó điều khiển và giá thành cao.
+ Giá thành cao so với các động cơ khác.
+ Khi dừng động cơ sẽ gây rung.
* Động cơ bước
- Giới thiệu về động cơ bước
Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu
điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc
quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần
thiết. Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu
điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của
roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto,
phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào
cuộn dây stato (phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay
đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt
vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục. (Nhưng thực chất
chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).

- Các thông số của động cơ gồm có:
Bước góc, cường độ dòng điện, điệ trở pha, cảm kháng của pha, lực mooment
xoắn, số đầu dây. Đối với hệ điều khiển động cơ bước, ta thấy đó là một hệ thống khá
đơn giản vì không hề có phần tử phản hồi. Điều này có được vì động cơ bước trong
quá trình hoạt động không gây ra sai số tích lũy, sai số của động cơ do sai số trong khi
chế tạo. Việc sử dụng động cơ bước tuy đem lai độ chính xác chưa cao nhưng ngày

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

24


 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
càng được sử dụng phổ biến. Vì công suất và độ chính xác của bước góc đang ngày
càng được cải thiện.
- Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống điều khiển động cơ bước:
Một hệ thống có sử dụng động cơ bước có thể được khái quát theo sơ đồ sau:

Hình 1.23: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển động cơ bước [6]

+ D.C.SUPPLY: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn một chiều cho hệ thống. Nguồn
một chiều này có thể lấy từ pin nếu động cơ có công suất nhỏ. Với các động cơ có
công suất lớn có thể dùng nguồn điện được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều.
+ CONTROL LOGIC: Đây là khối điều khiển logic. Có nhiệm vụ tạo ra tín
hiệu điều khiển động cơ. Khối logic này có thể là một nguồn xung, hoặc có thể là một
hệ thống mạch điện tử. Nó tạo ra các xung điều khiển. Động cơ bước có thể điều khiển
theo cả bước hoặc theo nửa bước.
+ POWER DRIVER: Có nhiệm vụ cấp nguồn điện đã được điều chỉnh để đưa
vào động cơ. Nó lấy điện từ nguồn cung cấp và xung điều khiển từ khối điều khiển để
tạo ra dòng điện cấp cho động cơ hoạt động.

+ STEPPER MOTOR: Động cơ bước. Các thông số của động cơ gồm có: Bước
góc, sai số bước góc, mômen kéo, mômen hãm, mômen làm việc.Đối với hệ điều
khiển động cơ bước, ta thấy đó là một hệ thống khá đơn giản vì không hề có phần tử
phản hồi. Điều này có được vì động cơ bước trong quá trình hoạt động không gây ra
GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn

25