Báo cáo Đồ án tốt nghiệp - Máy CNC Phay Mạch In

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 1 tháng 7 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Gia Bảo

MSSV: 15151105

Họ và tên sinh viên 2: Trần Xuân Bình

MSSV: 15151111

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Khóa: 15

Lớp: 151511

I. TÊN ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH MÁY CNC PHAY MẠCH IN
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
 Tìm hiểu về nguyên lý và cách điều khiển động cơ Servo.
 Tìm hiểu về Driver Servo MR-C10A.
 Tìm hiểu về biến tần Mitsubishi E700.
 Tìm hiều về G-code và phần mềm CNC Mach 3.

2. Nội dung thực hiện:
 Giao tiếp được giữa bo mạch CNC và máy tính.
 Điều khiển được các Driver Servo.
 Đáp ứng được tốc độ yêu cầu của động cơ thông qua biến tần.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/3/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 4/7/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Lê Hoàng Lâm
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC

1


----o0o---Tp. HCM, ngày 1 tháng 7 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Gia Bảo

MSSV: 15151105

Họ tên sinh viên 2: Trần Xuân Bình

MSSV: 15151111

Tên đề tài: MÁY CNC PHAY MẠCH IN

Tuần/ ngày
1/3/2019
10/3/2019

Nội dung
-

Xác nhận của
GVHD

Tìm hiểu về AC Servo( MR-C10A) chạy

Jog, set parameter, chân phát xung.
- Thiết kế khung máy CNC: trục X, Y sử
dụng trục vitme KT45, trục Z sử dụng vitme

20/3/2019

KT30.
- Thiết kế bàn đỡ máy, giá gắn động cơ trục

1/4/2019

chính với trục Z.
- Tìm hiểu phần mềm Mach3: cách setup

ngõ ra, ngõ vào, chân phát xung, chiều quay,
setup các thông số quay trục chính.
- Tìm hiểu board CNC mach3 AKZ250: các
ngõ ra, ngõ vào, tần số phát xung, kiểu phát

8/4/2019

xung, sơ đồ đấu dây.
- Chọn thiết bị trong tủ điện, vẽ mạch động

22/4/2019

lực, mạch điều khiển.
- Tiến hành bố trí thiết bị, đi dây tủ điện,

1/5/2019

gắn thêm nút nhấn ngoài cho tủ điện.
- Sau khi đi dây gọn gàng tiến hành cài đặt
thông số driver động cơ, thông số phần mềm
mach3 chạy JOG kiểm tra.
2


11/5/2019

-

Tìm hiểu phần mềm CopperCam xuất file

19/5/2019

G-code mạch in.
- Chạy file G-Code kiểm tra sai số, hiệu

28/5/2019

chỉnh tốc độ các trục.
- Kiểm tra lại phần cứng, hoàn thành các
nút khởi động , dừng khẩn cấp,…
- Kiểm tra, vận hành lại hệ thống.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

PHIẾU TỔNG HỢP CÁC NỘI DUNG CHỈNH SỬA
S
TT
1.

NỘI DUNG CHỈNH SỬA
Căn lề đều hai bên

GHI CHÚ
Đã sửa

Bổ sung thêm hình ảnh về cài đặt các chân ngõ
2.

TRANG

ra của phần mềm Mach 3

3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

3

45

Đã sửa


Ngày tháng năm 2019

Xác nhận của GVHD

Sinh viên thực hiện

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp đã được nhóm sinh viên hoàn thành trong thời gian 3 tháng tại
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Trong suốt thời gian làm
đồ án tốt nghiệp, nhóm sinh viên đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ hỗ trợ từ các
thầy cô, bạn bè để hoành thành đồ án này một cách tốt nhất.
Đầu tiên, nhóm sinh viên xin cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng
dẫn – thầy Lê Hoàng Lâm đã hướng dẫn nhóm sinh viên rất nhiệt tình, luôn tận tình
chỉ bảo, truyền đạt kiến thức cũng như là kinh nghiệm để nhóm sinh viên có thể
hoành thành xuất sắc đồ án tốt nghiệp.

4


Xin cảm ơn đến các quý thầy, cô khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức quý báu
trong suốt thời gian vừa qua.
Cuối cùng, nhóm sinh viên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn
ủng hộ, giúp đỡ và động viên nhóm trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Bên
cạnh đó, nhóm xin gởi lời cảm ơn đến các anh, chị đi trước đã tật tình chỉ bảo, giải
đáp các thắc mắc để nhóm có thể hoành thành được đồ án tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn !

TP HCM, ngày 27 tháng 06 năm 2019
Nhóm sinh viên
Nguyễn Gia Bảo
Trần Xuân Bình

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, với xu hướng nền công nghiệp 4.0, các nước trên thế giới nói chung cũng

như Việt Nam nói riêng đã và đang hướng đến việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước. Kể từ khi nền công nghiệp được phát triển, việc áp dụng các thành tựu kỹ
thuật, công nghệ vào trong các quy trình sản xuất đã không còn xa lạ với con người.
Chính vì điều đó, ngành công nghệ tự động điều khiển đóng một vai trò rất quan
trọng trong sự phát triển công nghiệp hiện nay. Tự động điều khiển là một trong
những mấu chốt quan trọng nhất để thúc đẩy nền công nghiệp của thế giới trở thành
mốt nền công nghiệp tự động hóa hoàn toàn. Nhờ việc áp dụng kỹ thuật tự động
trong công nghiệp mà vừa tăng được năng suất lao động, vừa giảm được sức lao
5


động thủ công. Bên cạnh đó, việc áp dụng này cũng là một sự lựa chọn tối ưu nhằm
tạo ra những sản phẩm chất lượng, tiết kiệm được chi phí sản xuất, từ đó đẩy cao
được sự cạnh tranh trên thị trường. Với những kiến thức, kinh nghiệm cùng với sự
giúp đỡ hướng dẫn của quý thầy, cô nhóm chúng tôi quyết định chọn đề tài đồ án tốt
nghiệp là “ Máy phay mạch in CNC ” .
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

6


Xác nhận của GVHD
( kí/ đóng dấu)

Thầy Lê Hoàng Lâm
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hìn

Nội dung

Trang

h
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9

2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
3.1
3.2
3.3
3.4

Máy khoan CNC
Máy phay CNC
Máy cắt CNC
Cấu tạo Servo
Driver Servo
Driver CNC-C10A-S14
Cấu tạo chung Encoder
Biến tần Mitsubishi E700
Sơ đồ cấu tạo của biến tần

Biến đổi điện áp qua tần số biến tần
Động cơ Spindle
Bo mạch AKZ250
Các chân tín hiệu
Các chân ngõ vào
Các chân ngõ ra
Một đoạn G-code
Giao diện phần mềm Mach 3
Cảm biến Omron E2S
Sơ đồ nguyên lý của cảm biến Omron E2S
Bộ lọc nhiễu 3 pha
Bộ lọc nhiễu 1 pha
Bộ nguồn 24V DC
Bộ nguồn 5V DC
Relay trung gian
Thiết bị đóng cắt
Mô hình máy CNC
Sensor giới hạn trên và giới hạn dưới
Giá đỡ máy
Bàn phôi và kẹp phôi

5
5
6
8
9
11
12
13
13

14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
24
25
26
27
28
29
29
30
30

7


3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10

3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20

Trục X
Bản vẽ cơ khí trục X
Trục Y
Bản vẽ cơ khí trục Y

Trục Z
Bản vẽ cơ khí trục Z
Các khối điều khiển trong hệ thống
Sơ đồ mạch động lực
Sơ đồ mạch điều khiển
Sơ đồ mạch điều khiển
Một số hình ảnh thi công tủ điẹn
Lưu đồ quy trình vận hành của hệ thống
Các khối điều khiển của hệ thống
Layout của mạch điện
Layout 3D của mạch điện
Giao diện phần mềm Copper Cam
File mạch in sau khi định dạng
Cửa sổ cài đặt dao phay
Điều chỉnh độ ăn dao
Đoạn G-code
Vào cửa sổ thiết lập chức năng trong Mach3
Cửa sổ Engine Configuration Port and Pin
Cửa sổ cài đặt các chân xung cổng ra
Cửa sổ cài đặt các ngõ vào
Cửa sổ cài đặt các ngõ ra
Cài đặt thông số trục động cơ chính
Cửa sổ cài đặt thông số cho các trục
Nạp file G-code vào chương trình
Lấy gốc tọa độ phôi
Giao diện Mach 3 sau khi load file G-code
Sản phẩm

31
31

32
32
33
33
34
35
35
36
37
37
38
39
39
40
40
41
41
42
42
43
43
44
45
46
47
48
49
50
50

DANH SÁCH BẢNG
Bảng
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5

Nội dung
Các dạng xung đầu vào của Driver Servo
Sơ đồ chân bo mạch AKZ250
Các chân ngõ vào bo mạch AKZ250
Các chân ngõ ra bo mạch AKZ250
Các nhóm lệnh G-code

8

Trang
10
16
17
18
21


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP..............................................................i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP..................................ii
PHIẾU TỔNG HỢP CÁC NỘI DUNG CHỈNH SỬA...........................iv
LỜI CAM ĐOAN.........................................................................................vi

LỜI CẢM ƠN..............................................................................................vii
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................viii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN..........................................ix
DANH SÁCH HÌNH ẢNH............................................................................x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI....................................................1
1.1. Đặt vấn đề.............................................................................................1
1.2. Mục tiêu đề tài......................................................................................1
1.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................2
1.4. Giới hạn đề tài......................................................................................3
1.5. Đối tượng nghiên cứu...........................................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................4
2.1. Tổng quan về máy CNC.......................................................................4
2.1.1. Giới thiệu về máy CNC.....................................................................4
2.1.2. Phân loại máy CNC...........................................................................4
2.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của máy CNC.............................................6
2.2. Tổng quát về AC Servo.........................................................................7
2.1.1. Giới thiệu chung về Servo.................................................................7
2.1.1.1 Giới thiệu về Servo..................................................................7
2.1.1.3. Cấu tạo và chức năng của AC Servo.......................................7
2.1.2. Giới thiệu về Driver Servo................................................................8
2.1.2.1 Driver Servo MR-C................................................................11
2.1.3. Encoder.........................................................................................12

9


2.2. Biến tần và động cơ trục chính Spindle..............................................13
2.2.1. Giới thiệu về biến tần......................................................................13
2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần..................................13
2.2.2.1. Cấu tạo của biến tần..............................................................13

2.2.2.2. Nguyên lý hoạt động của biến tần.........................................14
2.2.2.3. Thông số kỹ thuật của biến tần.............................................14
2.2.2. Động cơ trục chính Spindle.............................................................15
2.3. Bo mạch CNC AKZ250 và G-code, phần mềm Mach 3....................16
2.3.1. Bo mạch CNC AKZ250..................................................................16
2.3.2. G-code.............................................................................................20
2.3.3. Phần mềm Mach 3...........................................................................21
2.4. Một số thiết bị hỗ trợ khác..................................................................23
2.4.1. Cảm biến Omron E2S...................................................................23
2.4.2. Bộ lọc nhiễu nguồn.........................................................................24
2.4.2.1. Bộ lọc nhiễu 3 pha................................................................24
2.4.2.2. Bộ lọc nhiễu 1 pha................................................................25
2.4.3. Nguồn DC................................................................................25
2.4.3.1. Nguồn 24V DC.....................................................................25
2.4.3.2. Nguồn 5V DC.......................................................................26
2.4.4. Relay trung gian..............................................................................27
2.4.5. Thiết bị đóng cắt..............................................................................28
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH.............................29
3.1. Giới thiệu về mô hình.........................................................................29
3.2. Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển.......................................34
3.2.1. Sơ đồ mạch động lực.......................................................................35
3.3.. Thi công tủ điện.................................................................................37
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN................................................38
4.1. Yêu cầu điều khiển.............................................................................38
4.2. Quy trình vận hành của hệ thống........................................................38
10


4.3. Điều khiển hệ thống............................................................................39
4.3.1. Thiết kế và tạo file G-code..............................................................39

4.3.2. Điều khiển hệ thống bằng Mach 3...................................................42
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI............51
5.1. Kết quả đạt được.................................................................................51
5.2. Kết luận..............................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................52
[1] Mitsubishi electric – Inverter FR-E700 Instruction manual.....................52
[2] Melservo MR-C manual..........................................................................52
[3] Servo Education Basic Trainning.............................................................52
PHỤ LỤC.....................................................................................................53

11


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Đặt vấn đề
Trong suốt những thập kỷ qua, động cơ servo là một trong những chìa
khóa quan trọng trong việc cách mạng hóa ngành công nghiệp điều khiển
chuyển động. Ngày này, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp
trên thế giới, động cơ servo cũng đã và đang phát triển không ngừng và hầu
như đều xuất hiện trong mọi hệ thống điều khiển tự động. Sự phát triển của
khoa học kỹ thuật càng cao thì đồng nghĩa với việc yêu cầu chất lượng sản
phẩm cũng như là năng suất lao động càng cao, ví dụ như: độ chính xác của
sản phẩm, khả năng đáp ứng của máy móc, tốc độ làm việc,… Để đáp ứng
được những yêu cầu trên thì các hệ thống tự động trong các nhà máy hiện này
hầu như đều sử dụng động cơ servo, chẳng hạn như: cánh tay máy robot, máy
CNC, cần trục,…
Nhằm đáp ứng được những yêu cầu cao để phục vụ quá trình sản xuất
có thể đạt được hiểu quả tốt nhất, với những ưu điểm như: tốc độ quay nhanh,
momen sản sinh lớn, độ chính xác cao, kết hợp với bộ điều khiển và phản hồi
( Encoder ),… việc sử dụng động cơ servo để điều khiển các hệ thống trong

nhà máy ngày càng phổ biến hơn.
Trong thực tế, ta có thể nhận thấy rằng những công việc đòi hỏi độ
chính xác hoàn toàn với những vị trí cài đặt sẵn của sản phẩm thì với những
hoạt động thủ công của con người không thể đáp ứng được. Từ đó, việc sử
dụng động cơ servo sẽ giúp mọi việc trở nên dễ dàng hơn. Xuất phát từ việc
muốn tìm hiểu, nghiên cứu về cách thức điều khiển về động cơ servo, nhóm
chúng tôi đã quyết định chọn đề tài “ Máy CNC phay mạch in ”.

1.2. Mục tiêu đề tài
 Xây dựng được mô hình máy CNC 3 trục.
1


 Điều khiển vận hành chính xác được theo những yêu cầu mong muốn.
 Giao tiếp được với các thiết bị của mô hình: biến tần Mitsubishi E700,
Driver Servo MR-C10A-S14, bo mạch CNC AKZ250.
 Giao tiếp được giữa các Driver Servo, biến tần với các output/input của
bo mạch CNC AKZ250.
 Sử dụng được các phần mềm hỗ trợ cho hệ thống CNC.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài một cách tốt nhất, nhóm đã nghiên cứu về máy CNC
thông qua những thông tin trên mạng internet và những quan sát thực tế ở bên
ngoài, từ đó thu được những yêu cầu thực tế của đề tài. Bên cạnh đó, nhờ sự
giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn đã giúp nhóm đã đưa
ra được hướng nghiên cứu và hoàn thành đề tài.
Tiến trình thực hiện đề tài:
 Tham khảo ngoài thực tế và theo sự hướng dẫn của giáo viên để
đưa ra được định hướng cho hệ thống của đề tài.
 Nghiên cứu về động cơ Servo.
 Tìm hiểu về phần cơ khí, từ đó nắm rõ được các chuyển động của

hệ thống.
 Chỉnh sửa, lắp ráp phần cứng , phần điện ( tủ điện điều khiển ).
 Kết nối các thiết bị của hệ thống và điều khiển, giám sát,
 Điều chỉnh hệ thống để đạt được kết quả như yêu cầu.
 Chạy thử và thu nhận sản phẩm.
 Rút ra các thiếu sót và từ đó chỉnh sửa để hoàn thành hệ thống.

2


1.4. Giới hạn đề tài
Đề tài chỉ dừng lại ở việc chạy trên mô hình cùng với các yêu cầu điều
khiển:
 Điều khiển mô hình CNC 3 trục bằng phần mềm hỗ trợ để phay ra
sản phẩm phù hợp.
 Điều khiển mô hình CNC 3 trục trực tiếp bằng những lệnh theo yêu
cầu thực hiện.
1.5. Đối tượng nghiên cứu
Các đối tượng phần cứng ( phần cơ khí ) :
- Cơ cấu các trục vít me ( trục X, Y, Z ).
- Các chi tiết phần cứng khác: mặt bàn phay, khối đế máy, chốt định vị,
vam kẹp phôi.
Các đối tượng điều khiển ( phần điện ) :
- Tủ điện điều khiển.
- Driver Servo MR-C10A-S14.
- Biến tần Mitsubishi E700.
- Bo mạch CNC AKZ 250.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về máy CNC

2.1.1. Giới thiệu về máy CNC
Máy CNC là viết tắt của cụm từ Computer Numerical Control – (điều khiển
hệ thống máy vi tính). Nói dể hiểu, đây là một hệ thống máy móc chuyên gia công
cơ khí tự động, hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng các chương trình viết bằng
ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D (thường gọi là mã G). Để máy
3


CNC hoạt động được, cần phải nạp chương trình vào hệ thống vi tính thông
minh.máy vi tính có nhiệm vụ xử lý và điều khiển các bộ phận của máy như đầu
cắt, tốc độ cắt, biên độ cắt,… thoe chương trình có sẵn để gia công sản phẩm.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Máy CNC có 1 hoặc nhiều trục chính.
Trục chính có tốc độ quay rất cao, đầu trục chính được gắn vào đầu cắt như mũi
khoan để cắt sản phẩm theo trục lên xuống( trục Z). Thân máy có bàn giá để cố
định sản phẩm và di chuyển theo các trục X,Y. Kết hợp với trục chính( phương Z)
để đưa lưỡi cắt di chuyển theo các phương hướng, bề mặt muốn gia công của sản
phẩm.
2.1.2. Phân loại máy CNC
Trong ngành công nghiệp sản xuất nói chung, máy CNC có khá nhiều chủng
loại và chức năng khác nhau. Chính vì vậy mà việc phân loại cũng có những tiêu
chí khác nhau:
 Theo phương pháp truyền động: truyền động điện, thủy lực, khí nén.
 Theo phương pháp điều khiển: điều khiển điểm, điều khiển đoạn,
điều khiển theo đường cắt( máy 2D, máy 3D)
 Theo phương pháp thay dao: thay dao bằng tay, phương pháp tự động
kiểu rơ-vôn-ve.
 Theo hệ điều hành: Fanuc, Siemens, Fagor, EMCO,…
 Theo số lượng trục của máy.
 Theo kích cỡ và trọng lượng máy.
Một số hình ảnh máy CNC trong công nghiệp

4


Hình 2.1. Máy khoan CNC

Hình 2.2. Máy phay CNC

5


Hình 2.3. Máy cắt CNC plasma
2.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của máy CNC
Ưu điểm:
 Máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ
thuộc vào nội dung chương trình đưa vào máy, người điều khiển chỉ chủ yếu
là theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.
 Độ chính xác làm việc cao, thông thường các máy CNC có độ chính xác là
0.001mm, do đó có thể đạt được độ chính xác cáo hơn.
 Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao.
 Tốc độ cắt cao, nhờ cấu trúc cơ cấu cơ khí chắc của máy, những vật liệu cắt
hiện đại như kim loại cứng có thể sử dụng tốt hơn.
 Thời gian gia công ngắn hơn, tiết kiệm nhân lực, nhân công.
 Có khả năng vận hành liên tục, ổn định và ít xảy ra lỗi.
Nhược điểm:
 Giá thành chế tạo máy cao hơn.
 Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy càng cao hơn.
 Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn.

6

2.2. Tổng quát về AC Servo.
2.1.1. Giới thiệu chung về Servo
2.1.1.1 Giới thiệu về Servo.
Động cơ servo nói chung là loại động cơ sử dụng khả năng hồi
tiếp tín hiệu từ encoder về driver điều khiển để điều chỉnh tốc độ,
moment, vị trí của động cơ hay các kết cấu cơ khí đi kèm đạt được
như mong muốn. Khi có vật cản hoặc những tác động làm hãm
trục động cơ, hệ thống hồi tiếp sẽ giúp động cơ tự điều chỉnh cho
lực moment,tốc độ, hay quán tính cho phù hợp với tải đang mang.
Ngoài ra động cơ servo luôn có xu hướng giữ vị trí hiện tại khi
không có tín hiệu điều khiển, chính vì thế khi có một ngoại vi tác
động lam thay đổi vị trí của động cơ hay kết cấu cơ khí liên kết với
trục động cơ thì servo sẽ tự trở về vị trí trước khi bị sai lệch.
2.1.1.3. Cấu tạo và chức năng của AC Servo
Về cấu tạo cơ bản thì động cơ ac servo là dạng động cơ đồng bộ 3 pha dùng
nam châm vĩnh cửu. Động cơ servo sẽ được tích hợp encoder độ phân giải lớn để
giúp quá trình điều khiển chính xác. Để điều khiển motor này thì mỗi hãng sẽ tích
hợp riêng driver cho động cơ của mình. Tùy mỗi ứng dụng thì động cơ AC servo
thường có 3 chế độ điều khiển chính là tốc độ, vị trí và torque( momen), ở mỗi chế
độ khác nhau thì chúng ta cần cài đặt tùy theo thông số của ứng dụng và tải.
Khi sử dụng động cơ ac servo ta cần quan tâm tới độ phân giải của encoder vì
nó sẽ ảnh hưởng đến sai số của máy móc. Độ phần giải đối với servo hiện nay dao
động từ 2500 cho đến 217 hoặc 220 xung trên một vòng, khi độ phân giải encoder
quá cao thì các bạn nên quan tâm tới hộp số điện tử khi điều khiển motor servo.

7

Hình 2.4. Cấu tạo của AC servo
 AC servo có 3 chức năng chính :
 Điều khiển vị trí
 Điều khiển tốc độ
 Điều khiển momen
2.1.2. Giới thiệu về Driver Servo
Driver Servo là một bộ khuếch đại điện tử đặc biệt được sử dụng để
theo dõi tín hiệu phản hồi từ cơ chế Servo và liên tục điều chỉnh độ lệch từ
các hành vi dự kiến. Drive Servo nhận được tín hiệu lệnh từ một hệ thống
điều khiển, khuếch đại tín hiệu và truyền dòng điện cho một động cơ Servo
để tạo ra chuyển động tỉ lệ thuận với tín hiệu lệnh. Thông thường, tín hiệu
lệnh đại diện cho một vận tốc mong muốn, nhưng cũng có thể biểu diễn một
momen hoặc vị trí mong muốn.

8


Hình 2.5. Driver Servo
Trong một hệ thống điều khiển được cấu hình đúng cách, động cơ Servo quay
với vận tốc rất gần với tín hiệu vận tốc mà động cơ Servo nhận được từ hệ thống
điều khiển. Một số tham số, chẳng hạn như độ cứng (còn được gọi là tỷ lệ thuận
lợi), giảm chấn (còn gọi là đạt được phái sinh) có thể được điều chỉnh để đạt được
hiệu suất mong muốn.
Các hệ thống Servo được xử dụng trong gia công CNC, tự động hóa nhà máy,
người máy và một số ứng dụng khác.

9


 Lựa chọn dạng xung đầu vào cho Driver Servo

Có 3 kiểu nhận xung điều khiển vị trí là forward/reverse pulse train,
sign plus pulse train, A/B phase pulse train, 2 kiểu xung tích cực mức thấp
hoặc tích cực mức cao. Tùy thuộc vào nguồn phát xung điều khiển driver mà
ta cài đặt thông số cho driver sao cho hợp lý. Ở đây ta sử dụng nguồn phát
xung là board CNC AKZ250 có kiểu phát xung tích cực mức thấp, 1 xung
điều khiển và 1 xung chiều quay.

10


Bảng 2.1. Các dạng xung đầu vào của Driver Servo
2.1.2.1 Driver Servo MR-C
Dòng động cơ driver AC servo Melservo Mitsuhishi công suất từ 0.05-400w
được sản xuất trên công nghệ của Nhật Bản nên đáp ứng được đầy đủ tiêu chuẩn
chất lượng để hoạt động được trong nhiều môi trường khác nhau.

Hình
2.6.

Driver

Servo

MR-

C10A-S14
 Các chân điều
- U,V,W

:

khiển :

Cấp

nguồn cho

động cơ Servo.
- L1, L2 : Các chân cấp nguồn cho Driver
 Display : màn hình hiển thị.
 Mode : nút nhấn điều chỉnh chế độ hoạt động của Servo
 Up, Down : thay đỗi chế độ hiển thị hoặc thông số


Thông tin kỹ thuật của Driver Servo MR-C :
 Chế độ điều khiển hoặc phát xung bằng truyền thông.
 Hỗ trợ giắc cắm để đọc và ghi chương trình từ máy tính.
 Hỗ trợ màn hình và phím để cài đặt thông số.
 Tự động dò tìm thông số động cơ.
11


2.1.3. Encoder
Encoder được hiểu là một cảm biến vị trí đưa ra thông tin về góc quay,
tốc độ của một trục xoay nào đó kết nối với nó. Nguyên lý cơ bản của
Encoder gồm một đĩa xoay quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ hoặc rảnh để
tín hiệu quang chiếu qua đĩa sẽ thu về được góc quay của đĩa. Khi trục quay
khiến đĩa quay, tin hiệu quang chiều qua đĩa sẽ nhận tắt liên tục tao ra các
xung, ghi nhận lại số xung và tốc độ xung ta có thể thu về được góc quay và

tốc độ quay của trục gắn encoder.

Hình 2.7. Cấu tạo chung của Encoder


Phân loại Encoder
 Encoder tuyệt đối ( Absolute Encoder ) : là dòng encoder có khả năng phản
hồi chính xác vị trí của trục động cơ so với điểm quy định sẵn ban đầu. Đĩa
encoder tuyệt đối thường có nhiều rãnh có kích thước khác nhau và sắp xếp
không đều để tín hiệu quang phát ra xuyên qua rảnh đưa về được tín hiệu vị
trí tại đó nhờ phân tích kích thước, số lượng rảnh rồi biên dịch qua hệ nhị
phân mà từ đó qui đổi ngược lại được ví trí của trục quay.
 Encoder tương đối ( Increamental Encoder ) : là dòng encoder mà đĩa
quay của nó có nhiều rảnh với kích thước bằng nhau và cách đều nhau, nhờ
vậy khi tín hiệu quang cứ đi qua mỗi rãnh thì lại có một xung tín hiệu ra cho
biết trục quay đã quay được một góc bao nhiêu độ.

12


2.2. Biến tần và động cơ trục chính Spindle
2.2.1. Giới thiệu về biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng
điện xoay chiều ở tần số khác.

Hình 2.8. Biến tần Mitsubishi E700
2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần
2.2.2.1. Cấu tạo của biến tần
Biến tần được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có
điện áp đầu vào cố định với tần số cố định, từ đó biến đổi thành nguồn điện

có điện áp và tần số biến thiên ba pha (có thể thay đổi) để điều khiển tốc độ
động.

13


Hình 2.9. Sơ đồ cấu tạo của biến tần
2.2.2.2. Nguyên lý hoạt động của biến tần
 Các khâu cơ bản trong biến tần:
 Khâu chỉnh lưu: biến đổi nguồn xoay chiều sang một chiều.
 Bộ lọc: để giảm bớt độ nhấp nhô của áp và dòng ở đầu ra của bộ chỉnh lưu.
 Khâu nghịch lưu: biến đổi điện áp một chiều để đặt vào động cơ.
Đầu tiên, nguồn điện 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1
chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ
điện. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần
số cố định (ví dụ 380V 50Hz).
Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều
3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn
tụ điện. Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT
(viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công
tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp
xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.
Hình 2.10. Biến đổi điện áp qa tần số/ biến tần
2.2.2.3. Thông số kỹ thuật của biến tần
 Nguồn cấp: 1 pha 200-240VAC 50/60 Hz, 3 pha 200 – 240 VAC 50/60 Hz.

14