Báo cáo thực tập tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………1
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ MÁY CNC……… ………3
1.1 Điều khiển số…………………………………………………………………3
1.2 Máy CNC………………………………………………………………….….3
CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC………… …………………….7
2.1. Khái niệm chung về động cơ bước………………………………………… 7
2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước ……………………………………8
2.3 Mụmen đồng bộ và trạng thái ổn định của động cơ bước…………………….9
2.4 Cơ sở lý thuyết điều khiển động cơ truyền động……………………………11
2.4.1 Ba chế độ điều khiển động cơ bước………………………………………11
2.4.2 Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước…………………… 13
2.4.3 Điều khiển tốc độ quay của động cơ bước……………………………… 14
2.4.4 Điều khiển chiều quay của động cơ bước……………………………… 15
CHƯƠNG III: TÌM HIỂU MÁY PHAY ĐỨNG 3 TRỤC SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ
BƯỚC 2 PHA……………………………………………………………………17
3.1 Tìm hiểu về cơ
khớ………………………………………………………….17
3.1.1 Mô hình máy phay thực tế……………………………………………… 17
3.2 Mạch lực và phần cứng của hệ thống……………………………………… 19
3.2.1 Giới thiệu về động cơ bước và phương pháp điểu khiển cho máy phay ….19
3.3 Phần mềm điều khiển động cơ bước qua cổng LPT……………………… 25
3.3.1 Thuật toán điều khiển…………………………………………………… 27
3.3.2 Viết chương trình…………………………………………………………27
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 30
1
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Sau 9 học kì học tập tại trường, chúng em đã được truyền dạy kiến thức
thuộc nhiều môn học lý thuyết. Để mở rộng kiến thức thực tế và kết hợp học và

quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại,
robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia cụng…) trờn cơ sở các dữ
liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập
phân, các chữ cái và một số kí tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của
thiết bị hay hệ thống.
Trước đây, cũng đó cú cỏc quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng các kĩ thuật chộp hỡnh theo mẫu, chộp hỡnh bằng hệ thống
thuỷ lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc ứng dụng
các thành quả tiến bộ của khoa học công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển
số và tin học đã cho phộp cỏc nhà chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ
các hệ thống điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh
hoạt hơn thích ứng với nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao
hơn.
Về mặt khoa học: trong những điều kiện hiện nay, nhờ những tiến bộ kĩ thuật
đã cho phét chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao
hơn mà trước đây chưa đủ điều kiện mà ta phải bỏ qua một số yếu tố và dẫn tới
kết quả gần đúng. Chính vì vậy đã cho phộp cỏc nhà chế tạo máy thiết kế và chế
tạo cỏc mỏy với các cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xác truyền động cao cũng
như những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chính xác hơn. Ngày nay,
lịch sử phát triển của NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng
với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lí từ 4bit, 8bit,…cho tới 32bit và cho phép
thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ cũng như xử lí.
1.2 Máy CNC
Từ cỏc mỏy CNC riêng lẻ (CNC Machines – Tools) cho đến sự phát triển cao
hơn là các trung tâm gia công CNC (CNC Engineering – Centre) cú cỏc ổ chứa
3
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
dao lên tới hàng trăm và có thể thực hiện nhiều nguyên công đồng thời hoặc tuần
tự trên cùng một vị trí gá đặt. Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền số
liệu, các mạng cục bộ và liên thông phát triển rất nhanh đã tạo điều kiện cho các

nhận các giá trị cần vào máy mà không cần hiệu chỉnh giá trị của chúng.
Hình 1.3. Hệ điều khiển hở
5
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Hệ điều khiển kín
Vì điểu khiển hở có thể cho các tín hiệu đầu ra không chính xác, do đó tín
hiệu ra phải được phản hồi về hệ điều khiển để tính toán liên tục và điều chỉnh lại
các giá trị thực theo yêu cầu. Quá trình điều khiển kín liên tục này được gọi là hệ
điều khiển kín ( Hỡnh 1.4)
Hình 1.4. Hệ điều khiển kín
6
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Chương II
TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC
2.1. Khái niệm chung 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 rụto và có khả năng cố định rụto 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 rụto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ
quay của rụto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một
xung điện áp đặt vào cuộn dây stato của động cơ bước thỡ rụto 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 thỡ rụto sẽ quay liên tục
nhưng thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc.
Có thể coi động cơ bước là linh kiện ( hay dụng cụ) số ( Digital Device) mà ở
đó các thông tin số hoỏ đó thiết lập sẽ được chuyển thành chuyển động quay theo
từng bước. Động cơ bước sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã số hoá mà máy

nằm trùng với trục của một cuộn dây nhưng có trị số lớn hơn.
Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây (số
cuộn dây được cấp điện thay đổi từ chẵn sang lẻ rồi từ lẻ sang chẵn) thì số vị trí
cân bằng của rụto sẽ tăng lên gấp đôi là 2m, độ lớn của một bước sẽ giảm đi bằng
. Trường hợp này là điều khiển không đối xứng (điều khiển nửa bước).
Nếu số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn không đổi thỡ thỡ rụto cú m
vị trí cân bằng và được gọi là điều khiển đối xứng (điều khiển cả bước).
Tổng quát số bước quay của rụto trong khoảng 0 ữ 360
0
là :
K = m.n
1
.n
2
.p (2.1)
– m : số pha (số cuộn dây điều khiển trên stato).
– p: số đôi cực của rụto.
– n
1
: hệ số; n
1
= 1 ứng với điều khiển đối xứng.
n
1
= 2 ứng với điều khiển không đối xứng.
– n
2
: hệ số; n
2
= 1 điều khiển bằng xung một cực.

– I
S
: trị số dòng điện Stato.
– L
S
: trị số điện cảm Stato.
Quan hệ giữa mụmen và góc quay θ thường có dạng không sin do ảnh hưởng
của cấu trúc răng và cấu trúc cực lồi của rụto và stato, cũng như do xung điện áp
cấp vào có dạng xung vuông là tổng của các thành phần điều hoà.
Hình 2.4 vẽ đường cong mụmen tổng M = f(θ) ( đường nét liền) và các thành
phần điều hoà của nó (đường nét đứt):
10
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Hình 2.4. Đường cong mụmen của động cơ bước theo góc quay θ
Chất lượng của động cơ bước được đánh giá bởi độ dốc của đường cong
mụmen đồng bộ M = f(θ), đặc biệt là ở đầu của vùng làm việc thuộc đường cong
này (phần nét đậm trờn hình 2.4). Độ dốc của đường M = f(θ) trong vùng này
càng lớn thì suất mụmen càng lớn và khả năng đồng bộ của động cơ bước
càng lớn.
2.4 Cơ sở lý thuyết điều khiển động cơ truyền động
2.4.1 Ba chế độ điều khiển động cơ bước
Giả sử ta cấp điện cho hai cuộn dây của động cơ bước:
Hình 2.5 biểu diễn mối quan hệ giữa các vecto lực điện từ F1, F2 của hai cuộn
dây 1 và 2 khi được cấp dòng điện đơn cực và vectơ lực điện từ tổng F.
Hình 2.5. Giản đồ nguyên lý lực điện từ khi điều khiển ở chế độ vi bước
– F1, F2 : lực điện từ tác động lờn rụto khi cuộn dây 1, dây 2 được kớch thớch.
11
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
– F : lực điện từ tổng.
– α : góc bước.

– Đầu tiên cho F
2
= 0 và F
1
= F, rụto ở vị trí trục cuộn dây 1.
– Tiếp theo cho F
1
= F
2
= F
cos

β = (2.11)
12
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
cos

β = cos(α/2); β = α/2; rụto ở vị trí chính giữa góc α.
– Sau đó cho F1 = 0 và F2 =F, rụto sẽ ở vị trí trục của cuộn dây thứ 2.
Trong trường hợp này rụto sẽ chuyển động từng bước θ = α/2,( β = 0, α/2,α)
* Điều khiển vi bước:
Nếu ta điều khiển sao cho lực F1 giảm dần theo từng bước từ F đến 0 và lực F2
tăng dần từng bước từ 0 đến F thỡ rụto sẽ quay từng bước từ vị trí OA đến OB.
Thực tế, để rụto có thể quay được các bước đều,chẳng hạn vi bước θ (θ = α/n),
ta phải giải phương trình (2.10) để tìm F1 và F2 ứng với cỏc gúc quay β = θ, 2θ,
3θ, ,nθ. Phương trình (2.10) là một phương trình bậc 2 với 2 ẩn số về nguyên tắc
là không giải được. Bằng việc thêm điều kiện biên nhất định phương trình (2.10)
sẽ giải được.
2.4.2 Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước
Tín hiệu điều khiển của động cơ bước là các xung rời rạc kế tiếp nhau.Việc

Do tính chất đặc biệt, động cơ bước có thể dừng đột ngột ở bất kỳ vị trí nào
trong độ phân giải của góc bước khi đang quay với bất kì tốc độ nào trong dải tốc
độ cho phép. Động cơ bước ít được dùng cho các thiết bị cần quay đều mà nó
được sử dụng chủ yếu cho điều khiển thích nghi (tốc độ quay biến đổi liên tục,
thậm chí động cơ phải dừng và đứng yên ở vị trí bám sát).
Vận tốc quay của động cơ bước được hiểu là vận tốc trung bình. Trong khoảng
thời gian t giây ta thực hiện được n lần dịch bước thì tần số dịch bước là f = n/t.
Giả sử góc bước của động cơ là θ
0
thì để đạt được 1 vòng quay ta phải cho động
cơ quay 3600/θ
0
bước quay.
Vận tốc trung bình V của động cơ bước trong thời gian t giây là :
V = ( vòng/giây) = ( vũng/phỳt) (2.12)
Việc điều khiển động cơ bước được thực hiện bằng cách thay đổi tần số dịch
bước f. Việc điều khiển này được thực hiện bởi các bộ vi xử lý. Việc lựa chọn tải
14
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
trọng và vận tốc quay cực đại phải được tính toán trước khi thiết kế hệ truyền
động sử dụng động cơ bước.
2.4.4 Điều khiển chiều quay của động cơ bước
Với động cơ bước, chiều quay nhìn chung không đồng nhất với chiều dòng
điện cấp vào mà nó phụ thuộc vào thứ tự chuyển dịch của các bước. Khi rụto
đang ở vị trí n, nếu ta cấp điện sao cho nó chuyển sang vị trí (n + 1) thì động cơ
quay phải; nếu ta cấp điện sao cho rụto chuyển sang vị trí (n – 1) thì động cơ
quay trái . Bộ tạo xung điều khiển sẽ thực hiện việc này.
Chiều quay của động cơ bước được xác định bằng thứ tự chuyển dịch các trạng
thái cấp điện của các cuộn dây stato. Với động cơ 2 pha, nếu điều khiển cả bước,
có 4 trạng thái cấp điện, nếu điều khiển nửa bước sẽ có 8 trạng thái cấp điện.

Chương III
TÌM HIỂU MÁY PHAY ĐỨNG 3 TRỤC
SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BƯỚC 2 PHA
3.1 Tìm hiểu về cơ khí:
3.1.1 Mô hình máy phay thực tế:
Hình 3.1. Mụ hỡnh mỏy phay
Máy phay ở phân xưởng bao gồm 3 chuyển động sau:
– Chuyển động của bàn máy theo trục X
– Chuyển động của giá gắn mũi phay theo trục Y
– Chuyển động của mũi phay theo trục Z
17
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Hình 3.2. Cơ cấu dịch chuyển của trục X
Hình 3.3. Cơ cấu dịch chuyển các trục Y và Z
Hình 3.4. Mô hình lắp ráp may phay
Nếu trục máy sử dụng bộ biến đổi vít me bi thì ưu điểm là rõ ràng, nhưng
cũng không phải không có khó khăn. Việc tìm mua được 3 bộ vit me bi cú cựng
thông số khá khó khăn. Hơn nữa, giá cả của các bộ vít me này cũng khá cao (1,5
– 2 triệu đồng/bộ). Cho nên đối với máy phay này ở phân xưởng thì những bộ
biến đổi này chúng em dùng những thanh trượt (dẫn hướng) hình trụ mạ Crụm.
Hình 3.5. Thanh trượt mạ crụm
18
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Và để bàn máy và các trục tọa độ trượt trên thanh trượt này ta sử dụng dây
cu–roa gai gắn vào các trục máy và tỉ số truyền của bộ truyền này là 1:1.
Để điều khiển chuyển động tịnh tiến của 3 trục đó nờu trên, cơ cấu chấp hành
là 3 động cơ bước.
Bên cạnh 3 trục tọa độ trên, mũi phay được quay bởi động cơ đồng bộ lắp vào
nguồn 220V xoay chiều.
3.2 Mạch lực và phần cứng của hệ thống

Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Bảng 3.1. Bảng chức năng cỏc chõn của L297
– Vi mạch cầu công suất L298
L297 thường được sử dụng cùng với cầu công suất L298 hoặc L293E. Ở đây
L298 được sử dụng
L298 là một mạch tích hợp đóng vỏ kiểu 15 chân dạng Multiwatt và
PowerSO20.

Hình 3.9. Kiểu đóng vỏ của L298

21
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Hình 3.10. Cấu tạo chân của L298
Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý L298
– Mạch ghép nối L297 và L298:

Hình 3.12 Sơ đồ ghép nối 2 vi mạch
22
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
Hình 3.13 Mạch lắp ráp linh kiện module điều khiển
Cấu trúc cụ thể tủ điều khiển:
Hình 3.14 Cấu trúc tủ điều khiển
Bộ nguồn được thiết kế có 3 nguồn ra là 12V ,5V, 0V.

Hình 3.15 Mạch nguồn
23
Báo cáo thực tập tốt nghiệp

ra các lỗ khoan :

Hình 3.17 Đầu nối các mạch điều khiển ra các động cơ
3.3 Phần mềm điều khiển động cơ bước qua cổng LPT
Nhiệm vụ tiếp theo viết chương trình phần mềm để phát tín hiệu từ cổng mạch
in cho động cơ chạy. Như đã nói ở trên 6 chân của cổng mạch in (từ 2 đến 7) sẽ
được dùng để điều khiển 3 động cơ bước.
25