Đồ án nghiên cứu và thiết kế máy CNC

CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

1.1 KHÁI NIỆM
CNC ( computer numerical control ) là một dạng máy NC điều khiển tự động
có sự trợ giúp của máy tính , mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để hoạt
động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra
được mẫu vật với hình dạng và kích thuớc yêu cầu.

Hình 1.1 Hình ảnh máy CNC thực tế

1.2 PHÂN LOẠI
Các máy CNC có thể phần chia theo loại và theo hệ thống điều khiển:
Theo loại máy cũng tương tự như các máy công cụ truyền thống , chia ra các loại
như máy khoan CNC , máy phay CNC , máy tiện CNC…và các trung tâm gia công
CNC Các trung tâm CNC có khả năng thực hiện gia công nhiều loại bề mặt và sử
dụng nhiều loại dụng cụ khác nhau.
Phân chia theo hệ điều khiển có thể phân ra các loại:
Các máy điều khiển điểm tới điểm.

1


Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập…
Các máy điều khiển đoạn thẳng : đó là các máy có khả năng gia công trong qua
trình thực hiện dịch chuyển theo các trục.
Các máy điều khiển đường : bao gồm các máy
Máy 2D
Máy 3D
Điều khiển 2D1/2
Điều khiển 4D , 5D
1.3 ƯU ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MÁY CNC

So với các máy điều khiển công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ
thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình
được đưa vào máy. Người điều khiển chỉ chú yếu theo dõi kiểm tra các chức năng
hoạt động của máy.
Độ chính xác lằm việc cao. Thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là
0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn
Tốc độ cắt cao. Nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy, Những vật liệu cắt hiện đại
như kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn .
Thời quan gia công ngắn hơn .
1.4 CÁC ƯU ĐIỂM KHÁC
Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời quan chỉnh máy,
đạt được tính kinh tế cao trong việc gia công hang loại các sản phẩm nhỏ.
-

Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí dừng máy nhỏ.
Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm tra giảm.
Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ.
Có thể gia công hàng loạt.

2


1.5 NHƯỢC ĐIỂM
-

Giá thành chế tạo máy cao hơn
Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn.
Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn
1.6 TRÌNH ĐỘ HIỆN TẠI CỦA MÁY CNC

-

Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt
tốc độ xử lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ
vi xử lý. Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý
đa chức năng , dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau.

-

Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vài hệ NC để trờ thành hệ thống CNC
đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ,
không có phòng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy có thể lập
trình trực tiếp ngay trên máy . Dữ liệu nhập vào , nội dung lưu trữ, thông báo
về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người
điều khiển đều được hiển thị trên màn hình.

-

Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và các con số nay đã
dung màn hình màu đồ họa, độ phân giải cao (có thêm toán đồ và hình vẽ mô
phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao
cụ đều được hiển thị trên màn hình.

-

Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý
điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay một tập
đoàn công nghiệp.

3

CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỦA MÁY CNC
MINI
2.1 MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG MÁY
Với mục đích chủ yếu của nhóm chúng em là nghiên cứu chế tạo máy CNC mini
để phục vụ nhu cầu học tập như phay, khoan mạch in cũng như là phay trên các chất
liệu khác như là mica, gỗ, alu,... Ngoài việc tạo ra các mạch in thì máy còn có thể
phay các hình nhỏ để làm đồ lưu niệm ..vv..
2.2 KHUNG MÁY
2.2.1 Chất liệu
Với máy CNC mini thì chúng em sử dụng nhôm định hình vuông 20*20mm.

Hình 2.1 Hình ảnh thực tế

Nhôm định hình 20*20mm khá chắc chắn và khá với kích thước của máy
CNC mini, được thiết kế có các rãnh ở bốn mặt nên rất thuận tiện cho việc lắp ghép
các thanh nhôm lại với nhau. Với việc sử dụng thêm các ke vuông góc để ghép các
thanh nhôm lại với nhau để tạo thành khung mấy cũng rất đơn giản và chính xác, đó
cũng là ưu điểm của khung máy khi sử dụng nhôm định hình 20*20mm .

Hình 2.2: Hình ảnh ke góc nhôm

4


2.2.2 Kích thước khung, mặt bàn
Kích thước của máy như sau:
- Chiều dài: 34cm
- Chiều rộng: 29cm

- Chiều cao : 26 cm
Kích thước của mặt bàn phay:
- Chiều rộng : 21cm
- Chiều dài : 15cm
Sau khi đã tính toán chuyển động của 3 trục x,y,z thì chúng em đã đưa ra được giới
hạn làm việc của máy hay kích thước tối đa của phôi để phay là:
- Dài 15cm
- Rộng 15cm
- Cao 4cm
2.2.3 Ưu nhược điểm
* Ưu điểm:
- Máy khá nhỏ gọn và nhẹ, dễ dàng cho việc di chuyển máy.
- Sử dụng khung nhôm định hình nên việc lắp ráp cũng như hiệu chỉnh sai số
hay khi sửa chữa cũng khá đơn giản và dễ thực hiện.
- Giá thành của vật liệu khá khá phù hợp và dễ tìm kiếm trên thị trường.
* Nhực điểm:
- Vì máy có kích thước khá bé nên chỉ có thể phay hay làm việc với kích thước
phôi khá nhỏ (15*15*4 cm).
- Khung máy nhỏ nên khi động cơ chính ( động cơ phay ) hoạt động với tốc độ
cao thì sẽ gây ra rung lắc nhỏ cho máy, và có thể dẫn đến có thể phay bị lỗi.
2.3 CÁC TRỤC MÁY
2.3.1 Trục X
Trục X là trục chuyển động sang trái, phải và quan trọng nhất của máy vì nó quyết
định cả chuyển động của trục Z. Được cấu tạo từ hai thanh trượt tròn song song với
nhau, hai đầu cảu các thanh trượt sẽ được cố định bởi các gối đỡ thanh trượt sao cho
hai thanh trượt luôn song song với nhau.

5

Hình 2.3 Hình ảnh thanh trượt tròn
Sự ổn định của trục X sẽ do hai thanh trượt này quyết định, nếu như được lắp song
song thì máy dẽ chạy trơn tru và không có vấn đề gì, còn nếu lắp bị lệch thì trong
quá trình chạy sẽ phát sinh các sai số hoặc nếu hai tranh trượt lắp quá lệch nhau thì
cả trục X sẽ không thể hoạt động được.
Một thanh vít me được gắn trực tiếp từ động cơ bước và đước cố định trên khung
cảu trục Z để dẫn đọng cho cả phần trục X. Thanh vít me này cũng được gắn owr
giữa và song song với cả hai thanh trượt.

Hình 2.4 trục X gồm hai tranh trượt tròn và vít me

2.3.2 Trục Y
Trục Y là trục có chuyển động tiến lùi của máy, sẽ được gắn với mặt bàn để gá
phôi .
Cấu tạo cảu trục Y cũng tương đương với cấu tạo cảu trục X. Nó cũng bao gồm hai
tranh trượt tròn được cố định hai đầu bằng các gối đỡ và hai thanh trượt đêu song
song với nhau.

6


Hình 2.5 Hình ảnh thực tế của trục Y

Và để dẫn động cho mặt bàn thì cũng sử dụng một thanh vít me được nối trực tiếp
một đầu với động cơ bước, đầu còn lại sẽ được chạy qua một đai ốc được gắn cố
định vào phía bên dưới của bàn phay sao cho thanh vít me ở giữa và song song với
hai thanh trượt tròn.
2.3.3 Trục Z
Trục Z là trục có chuyển động lên xuống, có phương vuông góc với bàn mặt bàn
phay và trục để gắn mô tơ DC775 và mũi dao phay.

Cấu tạo ẩu truc cũng tương tự như cảu hai trục X và Y, bao gồm hai thanh trượt tròn
và một thanh vít me có chiều dài bằng nhau và được lắp song song với nhau. Một gá
đỡ mô tơ sẽ được gắn vào hai thanh trượt của trục Z , một mô tơ DC775 được gắn
cố định vào gá đỡ, và đầu cảu mô tơ DC775 sẽ được được gắn với mũi dao phay
hay mũi khoan .

7


Hình 2.6 Hình ảnh thực tế của trục Z

Hình 2.7 Hình ảnh máy hoàn chỉnh

8


* Ưu nhược điểm của việc cho bàn chuyển động theo trục Y và cho trục X đứng
yên:
Ưu điểm : vì là máy cnc mini nên có kích thước nhỏ, khung của máy nhỏ nên khi để
cho bàn phay chuyển động sẽ giảm được các sai số khi phay, vì khi máy hoạt động,
motor DC775 sẽ hoạt động với tốc độ rất lớn (12000 vòng/phút) sẽ tạo ra rung lắc
nhất định cho toàn bộ máy. Chính vì thế nên sẽ gây ra sai số và phay sẽ bị lỗi.
Nhược điểm: Kích thước của bàn phay sẽ bị hạn chế một phần do phụ thuộc vào vị
trí đặt trục X
2.4. MẠCH ARDUINO
2.4.1. Tổng quan về Arduino
Giới thiệu về Arduino:
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch
nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lí VAR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel

32bit. Những mode hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu
vào Analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác
nhau.
Được giới thiệu vào đầu năm 2005, những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang
đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên
và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương thích với môi
trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Nhưng ví dụ phổ biến cho
những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điểu khiển nhiệt độ và
phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE)
chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các
chương trình cho aduino bằng ngôn ngữ C hoặc NC++

2.4.2. Mạch Arduino Uno r3
2.4.2.1 Arduino Uno R3
Arduino Uno được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P sử dụng
thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz. Với vi điều khiển này, ta có tổng cộng 14
pin (ngõ) ra / vào được đánh số từ 0 tới 13 (trong đó có 6 pin PWM, được đánh dấu
~ trước mã số của pin). Song song đó, ta có thêm 6 pin nhận tín hiệu analog được

9


đánh kí hiệu từ A0 - A5, 6 pin này cũng có thể sử dụng được như các pin ra / vào
bình thường (như pin 0 - 13). Ở các pin được đề cập, pin 13 là pin đặc biệt vì nối
trực tiếp với LED trạng thái trên board.
Trên board còn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và 1 ngõ
cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay
thông qua ắc-quy nguồn.
Khi làm việc với Arduino board, một số thuật ngữ sau cần được lưu ý:
Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bị mất ngay cả khi tắt điện.

Về vai trò, ta có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệu trên board.
Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây. Kích thước của vùng nhớ
này thông thường dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ như ATmega8 có 8KB
flash memory. Loại bộ nhớ này có thể chịu được khoảng 10,000 lần ghi / xoá.
RAM: tương tự như RAM của máy tính, sẽ bị mất dữ liệu khi ngắt điện nhưng bù
lại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh. Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều lần.
EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kì ghi / xoá
cao hơn - khoảng 100,000 lần và có kích thước rất nhỏ. Để đọc / ghi dữ liệu ta có
thể dùng thư viện EEPROM của Arduino.
Ngoài ra, board Arduino còn cung cấp cho ta các pin khác nhau như pin cấp nguồn
3.3V, pin cấp nguồn 5V, pin GND...
2.4.2.2. Thông số kỹ thuật

Chip điều khiển

ATmega328P-AU

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Tốc độ

16 MHz

Nguồn nuôi mạch

5V từ cổng USB hoặc 7-9v từ giắc tròn
DCIN

Số chân Digital

14 chân

Số chân PWM

6 chân

Số chân Analog

6 chân

Dòng ra trên mỗi chân tối đa

40mA

Dòng ra trên chân 3v3 tối đa

150mA

Dung lượng bộ nhớ Flash

32 KB – ATmega328 ( 0.5 KB sử dụng

10

cho bootloader )
Chip điều khiển

ATmega328P-AU

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Hình 2.8 Mạch arduino

2.4.2.3 Cấu tạo
a. Các chân năng lượng
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng các
thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với
nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của
nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở
chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ
chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc
chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.

11


b. Bộ nhớ
Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ
Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng
cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.
2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi
lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ
RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn
phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây
giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào
đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.
Sơ đồ chân của vi điều khiển ATmega328P:

c. Nguồn
Có hai cách cấp nguồn chính cho bo mạch Uno: cổng USB và jack DC.
Giới hạn điện áp cấp cho Uno là 6 – 20V. Tuy nhiên, dải điện áp khuyên dùng là 7 –
12 V (tốt nhất là 9V). Lý do là nếu nguồn cấp dưới 7V thì điện áp ở ‘chân 5V’ có
thể thấp hơn 5V và mạch có thể hoạt động không ổn định; nếu nguồn cấp lớn hơn
12V có thể gấy nóng bo mạch hoặc phá hỏng.
Các chân nguồn trên Uno:
- Vin : chúng ta có thể cấp nguồn cho Uno thông qua chân này. Cách cấp
nguồn này ít được sử dụng.
- 5V : Chân này có thể cho nguồn 5V từ bo mạch Uno. Việc cấp nguồn vào
chân này hay chân 3.3 V đều có thể phá hỏng bo mạch.
- 3.3V : Chân này cho nguồn 3.3 V và dòng điện maximum là 50mA.

- GND: chân nối đất.

12


d. Các cổng vào/ra

Hình 2.9 Các cổng vào/ra

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ
có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi
chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển
ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị
khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính
là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên
sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ
phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra
ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như
những chân khác.

13


 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các
chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng

giao thức SPI với các thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm
nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân
số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
 Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu
10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân
AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các
chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể
dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân
giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI
với các thiết bị khác.
2.4.2.3 Ứng dụng
 Arduino Uno R3 được ứng dụng rất mạnh mẽ trong cả học tập và chế tạo sản
phẩm, từ những thiết bị đơn giản đến phức tạp.
 Ứng dung trong học tập : Điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho
xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ – độ ẩm và hiển thị lên màn
hình LCD ….
 Ứng dụng trong đời sống : Làm thiết bị nhà thông minh, khóa của tự động,
làm sản phẩm nông nghiệp thông minh …
 Ứng dụng trong công nghiệp : Hiện nay Arduino được sử dụng khá nhiều
trong công nghiệp vì giá thành của nó khá tốt , độ ổn định cao.
 Arduino Uno là board mạch rất phổ biến trong các dòng Arduino hiện nay,
bạn chỉ cần kết nối
 Arduino với máy tính PC hoặc Laptop bằng cáp USB là đã có thể sử dụng và
nạp code cho nó một cách rất dễ dàng.
Lưu ý : Điện áp khuyên dùng cho arduino khi cấp nguồn ngoài là từ 7-12v , không
nên dùng với điện áp vao hơn có thể gây hư hỏng mạch

2.5 Mạch CNC SHIELD

Arduino CNC Shield V3 là board mở rộng của Arduino UNO R3 dùng để
điều khiển các máy CNC mini. Board có 4 khay dùng để cắm các mô đun điều
khiển động cơ bước A4988, khi đó board có thể điều khiển3 trục X, Y, Z và thêm
một trục thứ 4 tùy chọn trên các máy CNC mini.

14


Ứng dụng làm máy khắc, CNC , máy in 3D và nhiều ứng dụng mở rộng khác
Đặc Điểm Nổi Bật:

Tương thích GRBL (mã nguồn mở chạy trên Arduino UNO R3 để điều khiển
CNC mini)
Hỗ trợ lên tới 4 trục (trục X, Y, Z và một trục thứ tư tùy chọn)
Hỗ trợ tới 2 Endstop cho mỗi trục
Tính năng điều khiển spindle, công suất laser
Tính năng điều khiển dung dịch làm mát khi máy hoạt động
Sử dụng các mô đun điều khiển động cơ bước, giúp tiết kiệm chi phí khi thay thế,
nâng cấp
Thiết lập độ phân giải bước động cơ bằng jump đơn giản
Thiết kế nhỏ gọn, các đầu nối tiêu chuẩn thông dụng
Điện áp nguồn cấp đa dạng từ 12V tới 36V

Hình 2.10 Mạch CNC sheild

15


Chú ý: Đối với grbl v0.8 và v0.9 chân Variable Spindle PWM và chân Limit Z-Axis
đổi chổ cho nhau, tức chân PWM bây giờ là chân 12 và ngược lại Limit Z là chân

11

16


2.6. DRIVER A4988
Driver động cơ A4988

Hình 2.11 Driver động cơ A4988

Driver động cơ A4988 là driver điều khiển động cơ bước cực kỳ nhỏ gọn, hổ trợ
nhiều chế độ làm việc, điều chỉnh được dòng ra cho động cơ, tự động ngắt điện khi
quá nóng A4988 hỗ trợ nhiều chế độ hoạt động của động cơ bước lưỡng cực như:
Full, Half, 1.4, 1.8 và 1.6.
2.6.1 Thông số kỹ thuật
Công suất ngõ ra lên tới 35V, dòng đỉnh 2A.
Có 5 chế độ: full bước, 1.2 bước, 1.4 bước, 1.8 bước, 1.16 bước
Điểu chỉnh dòng ra bằng triết áp, nằm bên trên Current Limit = VREF × 2.5
Driver động cơ có sẵn miếng tản nhiệt giúp cho động cơ giải nhiệt tốt và tăng tuổi
thọ cho động cơ.
Tự động ngắt điện khi quá nhiệt

17


2.6.2 Cách sử dụng
Lựa chọn chế độ full hay 1.2 hay 1.4.. sẽ được thông qua 3 pin MS1 MS2 MS3.
Mình thường nối thẳng 3 pin này với công tắc bit 3p để dễ thiết lập từ trên phần
cứng. Lưu ý là nếu thả nổi 3 pin này tức là mode full step.
Bật tắt động cơ thì thông qua pin ENABLE, mức LOW là bật module, mức HIGH

là tắt module
Điều khiển chiều quay của động cơ thông qua pin DIR
Điều khiển bước của động cơ thông qua pin STEP, mỗi xung là tương ứng với 1
bước ( hoặc vi bước)
Hai chân Sleep với Reset luôn nối với nhau.
Kết nối giữa một vi điều khiển nói chung với A4988:
Kết nối giữa A4899 với Board Arduino UNO R3.
2.7.NGUỒN 12V – 21.5A
Hiện nay có nhiều mức công suất nguồn khác nhau và phổ biến hiện nay phải
kể đến là 5v, 12v, 24v,...Tuy nhiên trong các nguồn phổ biến hiện nay thì nguồn
12v được sử dụng phổ biến nhất cũng như mang đến hiệu quả cao nhất khi sử dụng.

Hình 2.12 Nguồn 12 v DC

Nguồn 12v với chức năng chính là chuyển đổi dòng điện từ 2 chiều tại
nguồn điện dân dụng 220v thành nguồn điện 1 chiều với công suất đạt 12v. Chức

18


năng này là chức năng quan trọng nhất của nguồn này để đảm bảo việc sử dụng đạt
hiệu quả cao nhất.

2.8 STEP MOTER
2.8.1 Step moter là gì?
Step moter hay còn gọi là động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý
và ứng dụng khác biệt với đa số các loại động cơ điện thông thường. Chúng 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 của Rotor và có khả năng cố
định Rotor và những vị trí cần thiết.

Hình 2.13 Hình ảnh thực tế

19


2.8.2 Cấu tạo
Như hình minh họa: bên trong động cơ bước có 4 cuộn dây Stator được sắp xếp
theo cặp đối xứng qua tâm. Rotor là nam châm vĩnh cửu có nhiều răng. Động cơ
bước hoạt động trên cơ sở lý thuyết điện-từ trường: các cực cùng dấu đẩy nhau và
các cực khác dấu hút nhau. Chiều quay được xác định bởi từ trường của Stator, mà
từ trường này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây nên. Khi hướng của dòng điện
thay đổi thì cục từ trường cũng thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại của
động cơ (đảo chiều).

Hình 2.14 Bên trong động cơ bước

Động cơ bước làm việc được là nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu
điều khiển vào Stator theo một thứ tự nhất định và một tần số nhất định. Tổng số
góc quay của Rotor tương ứng với tần số chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc
độ quay của Rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Nếu xét trên phương diện dòng điện, khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây Stator
(phần ứng) của động cơ bước, thì Rotor ( phần cảm ) của động cơ sẽ quay đi một

20


góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Ở đây ta có thể định nghĩa về
góc bước (Step Angle ) là độ quay nhỏ nhất của một bước do nhà sản xuất quy định.
Khi các xung điện áp đặt vào cấc cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì Rotor sẽ

quay liên tục (thực chất chuyển động đó vẫn thao các bước rời rạc).

Hình 2.15 Cấu tạo của động cơ bước

Theo một phương diện khác, có thể coi động cơ bước là linh kiện (hay thiết bị) số
(Digital device )mà ở đó các thông tin được số hóa đã thiết lập sẽ được chuyển
thành chuyển động quay theo từng bước. Động cơ bước sẽ thực hiện trung thành
các lệnh đã số hóa mà máy tính yêu cầu.

21


Hình 2.16 Một xung tương ứng với một bước của Rotor (1 xung – 1 bước)

Hình 2.17 Mô tả tương quan giữa quá trình điện và quá trình của động cơ bước

22


2.8.3 Nguyên lý làm việc chung của động cơ bước
Khác với động cơ đồng bộ thông thương, Rotor của động cơ bước không có cuộn
dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số. Rotor của động cơ
bước có thể được kích thích (Rotor tích cực) hoặc không được kích thích (Rotor thụ
động).
Xung điện áp cấp cho cuộn dây Stator có thể là xung một cực hoặc hai cực:

Hình 2.18 Xung điện áp

Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây Stator
theo từng cuộn riêng lẻ, hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số cũng như lực

điện từ tổn F phụ thuộc vào vị trí của các lực điện từ thành phần. Do đó vị trí Rotor
của động cơ bước trong không gian hoàn toàn phụ thuộc vào phương pháp cung cấp
điện cho các cuộn dây:

23


Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với Rotor 2 cực lực điện từ khi điều
khiển bằng xung 1 cực

24


 Hình 2.19 Vẽ sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với Rotor có 2 cực
(2p=2) và không được kích thích. Nếu các cuộn dây của động cơ bước được
cấp điện cho từng cuộn dây riêng lẻ theo thứ tự 1,2,3,..m, bởi xung một cực,
thì Rotor của động cơ bước có m vị trí ổn định cùng với trục của các cuộn
dây .
 Để tăng cường lực điện từ tổng của Stator do đó tăng từ thông và moment
đồng bộ, ta cấp điện đồng thời cho hai, ba hoặc nhiều cuộn dây. Lúc đó
Rotor của động cơ bước sẽ có vị trí cân bằng (ổn định) trùng với vector lực
điện từ tổng F. Đồng thời lực điện từ tổng F cũng có giá trị lớn hơn lực điện
từ thành phần của các cuộn day Stator
 Hình b vẽ lực điện từ tổng F khi cung cấp điện đồng thời cho một số chẵn
cuộn dây(2 cuộn dây). Lực điện từ tổng F có trị số lớn hơn và nằm ở vị trí
chính giữa hai trục của hai cuộn dây.
 -Hình c: vẽ lực điện từ tổng F khi cung cấp điện đồng thời cho một số lẻ
cuộn dây (3 cuộn dây). Lực điện từ tổn F nằm trùng với trục của một cuộn
dây và cũng có trị số lớn hơn.
 Tóm lại, trong cả hai trường hợp cấp điệncho một số chẵn cuộn dây và cấp

điện cho một số lẻ cuộn dây. Rotor của động cơ bước sẽ co m vị trí cân bằng.
Góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếp của Rotor bằng 2pi/m. Trường hợp này
gọi là điều khiển không đối xứng, hay điều khiển nửa bước (half step).
 Nếu số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn không đổi (một số chắn
cuộn dây hoặc một số lẻ cuộn dây, ví dụ hình 2.b hoặc hình 2.c) thì Rotor có
m vị trí cân bằng và được gọi là điều khiển đối xứng, hay điều khiển cả
bước(full step).
2.8.4 Ưu điểm, nhược điểm của động cơ bước
 Motor bước khi hoạt động có hiện tượng bị trượt bước do lực từ trên nam
châm vĩnh cửu đã yếu nên cho vị trí không chính xác hoặc nguồn điện cấp
vào không đủ (VD : động cơ bước có góc bước 1.8 độ nên cần 200 xung thì
quay đủ 1 vòng tuy nhiên nếu có hiện tượng trượt bước thì cần nhiều hơn 200
xung mới đủ 1 vòng).

25