BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-1 -
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước,có thể nói một trong những
tiêu chí đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức tự độnghoá trong quá trình sản
xuất mà trước hết là năng suất và chất lượng sản phẩm. Sự phát triển nhanh cuả máy
tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động
đã làm cơ sở và hỗ trợ cho sự phát hiển của nghành tự động hoá.
Nước ta, mặc dù là mộth đang phát hiển, những năm gần đây cùng với sự đòi hỏi
của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ
khoa học kỹ thuật và đặc biệt là ứng dụng tự động hoá trong các nghành sản xuất đã có
bước phát hiển mới.
Ngày nay tự động hoá đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất. một
trong những ứng dụng của nó là sủa dụng máy công cụ CNC.
Trong quá trinh thực tập chúng em đã được làm quen vơi một dạng CNC đó là máy
phay CNC CYBER-MILL. Nhờ đựơc sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn đặc biết
là thầy Nguyễn Mạnh Tiến và Thầy Hà Tất Thắng mà chúng em đã phần nao nắm bắt
được nhũng kiến thức về CNC.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên những điều chúng em đã làm
được sẽ có rất nhiều thiếu sót. Rất mong đước sự góp ý của các thầy cô và các bạn.
Sinh viên : Bùi Văn Việt
-2-
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
PHẦN I
TỔNG QUAN CNC
1.1. KHÁI NIÊN MÁY CNC
CNC là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng
máy tính
Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chuơng trình đã đuợc lập trình
sẳn để gia công các chi tiết.
Các chuơng trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi

Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắt theo chu
kỳ phay thuận mà vẫn êm.
1.3. HỆ TOẠ SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC
1.3.1 hệ toạ độ vuông góc
Các điểm mà dao cắt đi tới trong khi gia công được xác định trong một chương trình.
Để mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, ta dùng một hệ toạ độ. Nó bao
gồm ba trục vuông gốc với nhau cũng cắt nhau tại điểm 0. Trong hệ toạ độ này có các
trục X, Y, và z.
Với một hệ trục toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng được xác định thông qua các toạ
độ của nó. Hệ toạ độ máy do nhà chế tạo máy xác đinh, thông thường nó không thể bị
thay đổi.
Trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị. Trên máy phay nó nằm song song với
bàn máy(bàn kẹp chi tiết).
Trục Y là trục thứ hai trong mặt phẳng định vị. Nó nằm hên mặt nắp máy và vuông
góc với bàn máy.
Trục z luôn luôn trùng với trục truyền động chính. Trục này được nhà chế tạo xác định.
Chiều dương của trục z chạy từ chi tiết hướng đến dao cắt. Điều đó có
nghĩa là trong chuyển động theo chiều âm của trục z, dao cắt sẽ đi tới bề mặt chi tiết
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-4-
Để xác định nhanh chiều của các trục, dùng luật bàn tay phải: ta đặt ngón giữa của
bàn tay phải theo chiều của trục z thì ngón tay cái sẽ trỏ theo chiều trục X và ngón tay
trỏ sẽ chỉ theo chiều Y.
Hệ toạ độ cơ bản đựơc gắn liền với chi tiết. Bởi vậy khi ta lập trình ta phải luôn luôn
xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyển động. Điều đó có
nghĩa là :
Khi cắt phay, rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhưng để đơn giản cho việc lập
trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn dao cắt thi dịch chuyển.
Ta gọi đó là chuyển động tương đối của dao cụ.
Để mô tả đường dịch chuyển dao(các dữ liệu toạ độ) ừên một số máy CNC có cả hai

1.4. QUAN HỆ GIỮA CÁC TRỤC TOẠ ĐỘ
Khi gia công trên các máy CNC người ta có thể chia các hệ trục toạ độ thành 3 loại: hệ
trục toạ đọ máy, hệ trục toạ độ chi tiết và hệ trục toạ độ của dao.
Từ hệ trục toạ độ của máy có điểm gốc M ta có thể biểu diễn được hệ toạ độ của
chi tiết và hệ toạ độ của dao bằng các phép dịch chuyển tịnh tiến hay các phép quay.
Nhờ đó ta có thể xác định đựơc vị trị của điểm trên chi tiết cần gia công cũng như vị trị
dao để gia công chi tiết.
1.5. CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY CỒNG cụ CNC.
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-6-
Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như các
lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, .v.v Do đó các dạng điều khiển của máy cũng được
chia ra thành: điều khiển điểm- điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo
biên dạng.
a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ bằng các phương pháp
khoan, khoét, doa và cắt ren. ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng
cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới đích dao bắt đầu
gia công, truờng họp này quỹ đạo của chuyển động dao là không quan trọng, điều quan
họng là vị hí gia công đạt đến phải chính xác.
b) Điều khiển theo đường thẳng.
Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng
chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Khi thực hiện gia công các chuyển động theo
các trục toạ độ là độc lập không có quan hệ rằng buộc nào với trục khác.
c) Điều khiển biên dạng.
Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy trên nhiều trục cùng một lúc. Trong trường
họp này cả hai trục để tạo ra một dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong, ở đây theo
các trục có quan hệ hàm số ràng buộc với nhau.
-7-
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
PHẦN II

tín.
Việc thực hiện điều khiển chuyển động của động cơ bước được thiết kế như phần
rv dưới đây.
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-9-
PHAÑra
ĐỘNG Cơ BƯỚC
I. GIỚI THIỆU ĐỘNG Cơ BƯỚC
1. Khái quát về động cơ bước
Các hệ truyền động rời rạc thường được thực hiện nhờ động cơ chấp hành
đặc biệt gọi là 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 rôto và có khả năng cố định rôto 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
rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của
tôto, 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 rôto(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 rôto sẽ quay liên tục.
(Thực chất là chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).
về cấu tạo, động cơ bước có thể coi là tổng họp của hai loại động cơ: Động cơ
một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.
Trong khi động cơ một chiều không tiếp xúc có rôto thường là một nam châm
vĩnh cửu(số đôi cực 2p=2) và cần có cảm biến vị trí rôto thì động cơ bước có rôto
dạng cực lồi gồm nhiều răng cách đều cấu thành các cặp nam châm N-S xen kẽ nhau
để tạo ra số cặp cực 2p lớn hơn và không cần phải có bộ cảm biến vị trí rôto. Động
cơ bước vì từ trường quay không liên tục do các xung điện cấp vào rời rạc nên rôto

Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây, có nghĩa là
số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ và từ lẻ sang chẵn
thì số vị trí cân bằng của rôto sẽ tăng lên gấp đôi là 2m. độ lớn của một bước sẽ giảm đi
một nửa bằng 2ĩi/2m - Trường hợp này gọi là điều khiển nửa bước hay điều khiển
không đối xứng.
Ta có thế tính số bước quay của rôto trong khoảng (H360
0
là:
K= m.ni.n
2
.p,
Trong đó:
p: số đôi cực của rôto;
m: số cuộn dây điều khiển trên stato(số pha);
np hệ số, ni =1 ứng với điều khiển đối xứng;
n
2
=2 ứng với điều khiển khôngđối xứng;
n
2
: hệ số, n
2
=l điều khiển bằng xung 1 cực;
n
2
=2 điều khiển bằng xugn 2 cực.
Bước quay của rôto trong không gian là a=360°/K.
3. Mômen đồng bộ và trạng thái ổn định của động cơ bước
Biểu thức mômen đồng bộ tĩnh của động cơ bước khác với biểu thức mômen đồng
bộ của động cơ đồng bộ thường có cùng cấu trúc. Sự khác nhau đó là do động cơ bước

M
.I
R
. (dL
R
/ d0)+2. C
M
(dL
RS
/d0)
Trong đó: Is, I
R
, L
s
(0), LR(0), L
SR
(0) là các giá trị xác lập tương ứng dòng điện, điện
cảm và hổ cảm của stato(S) và rôto(R); C
M
là hằng số, phụ thuộc vào cấu tạo của từng
loại động cơ.
Mômen Ms được hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đường đi của từ thông stato
được kích thích bởi dòng điện I
s
.
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-13-
MR được hình thành do sự thay đổi từ dẫn ừên đường đi của từ thông rôto được kích
thích bởi dòng điện I
R

. Điều kiện để giữ được rôto không trượt khỏi vị trí là:
Mr<M
max
Muốn quay rôto đi một gốc a rời khỏi vị trí đang giữ, ta phải cấp dòng điện cho cuộn
stato ở vị trí mới, đồng thời ngắt dòng điện của cuộn stato ở vị trí củ. Điều kiện để rôto
quay được góc a là :
M^Mmax.cosa.
Cần chú ý rằng sự chuyển bước của rôto chỉ thực hiện được trong điều kiện nhất
định, khi mà sự dịch chuyển của lực điện từ F đi một góc a không làm cho động cơ rơi
vào vùng mất ổn định của đặc tính góc M=f(0)
Nếu như góc a qua lớn thì rôto rời vào vùng mất ổn định,không bám theo được từ
trường và động cơ bị mất bước.
Trong trường hợp tổng quát, để động cơ không bị mất bước cần thực hiện điều
kiện sau:
M
c
<M
max
.cos(27ĩ/K),
trong đó: K là số bước quay
Như vậy bước quay a=360°/K càng nhỏ thì mômen tải M
c
cho phép trên trục
động cơ càng lớn.
4. Cấu tạo và phân loại động cơ bước
Để tăng số bước của động cơ(tăng độ phân giải về góc), ta cần phải tăng lượng
cuộn dây pha m và tăng số cặp cực p.
Việc tăng số lượng bối dây m trên stato gặp nhiều khó khăn do hạn chế về kích thước
của stato và những trở ngại khi đặt các bobin dây quấn vào các rãnh nửa hở của stato,
đồng thời khi số pha m lớn thì mạch điều khiển cũng sẽ phức tạp hơn. Do đó người ta

2
: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 2 được kích thích;
F: lực điện từ tổng;
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-16-
a: góc bước;
P: góc cần điều khiển(góc vi bước);
Nếu ta điều khiển sao cho Fi, F
2
có trị số không bằng nhau thì lực điện từ tổng F sẽ có
hướng thay đổi trong khoảng góc bước a(Từ cạnh OA đến cạnh OB của tam giác OAB)
và do đó vị trí của rôto thay đổi được và có thể cố định vào vị trí bất kỳ trong khoảng
góc bướca
Gọi p là góc vi bước tạo bởi vectơ Fi và F
2
, áp dụng tính chất của hình bình
hành(OACB) và các hệ thức lượng trong tam giác cho các tam giác OAB, OAC
và OAD ta có các biểu thức sau :
AB
2
=OA
2
+OB
2
-2.0A.OB.cosa.
OC
2
=OA
2
+OB

y¡F
2
+F 2 +2F
l
F
2
. eos a
a, điều khiển động cơ cả bước
- Đầu tiên cho F
2
=0 và Fi=F, cosP=F/F=l nên góc p=0, rôto ở vị hí
trục cuộn dây 1.
- Sau đó cho Fi=0 và F
2
=F, cosP=cosa hay p=a, Rôto ở vị trí trục
cuộn dây 2.
b, Điều khiển nửa bước
- Đâu tiên cho F
2
=0 và Fi=F, rôto ở vị trí trục cuộn dây 1.
- Tiếp theo cho FI=F
2
=F,
1 + cosa _ 2cos
2
(a/2)
V3T + cosa)
A
/4cos
2

- Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ kiểu hổn họp: có mômen
hãm, rôto có xu hướng dừng ở các vị trí mà đường khép kín từ thông giữa các cực của
rôto và stato là nhỏ nhất.
b, Trạng thái giữ: Khi một số cuộn dây pha được cấp điện một chiều. Rôto mang
tải sẽ được giữ chặt ở vị trí góc bước nhất định do lực điện từ tổng F sinh ra mômen giữ.
-18-
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
c, Trạng thái dịch chuyển bước: rôto sẽ dịch chuyển từ vị trí bước đang được
giữ sang vị trí bước tiếp theo khi các cuộn dây pha được cấp dòng phù hợp.
d, Trạng thái quay quá giới hạn: ừong chế độ khồng tải, nếu xung điều khiển có
tần số quá cao, động Cữ sẽ quay vượt tốc. Ở trạng thái này động cơ không thể đảo
chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhưng vẫn có thể tăng và giảm tốc từ từ. muốn dừng
và đảo chiều động cơ phải giảm xuống dưới tốc độ dưới tốc độ tới hạn để hoạt động
trong chế độ bước.
chỉ có hai trạng thái b và c là được coi là trạng thái làm việc.
3. Giới thiệu ba điều khiển dòng điện I và điện áp u
3.1. mối quan hệ giữa dòng điện I và điện áp u
Trong số liệu kỹ thuật của động cơ bước ta chú ý đến 4 tham số quan trọng sau:
- Điện áp danh định U;
- Dòng điện danh định I;
- Điện trở cuộn dây pha R;
- Điện cảm cuộn dây pha L;
Sơ đồ cấp điện đơn giản cho 1 cuộn dây pha như sau:
Vcc« điện áp nguồn cấp;
R
s
: Điện trở nguồn cấp;
D : điôt dumper (làm nhụt - xả năng lượng).
R
-19-

Vcõ điện áp một chiều cấp vào;
r=R
s
+R: tổng trở toàn mạch; i: dòng
điện tức thời trong cuộn dây;
E: suất điện động quay, cảm ứng trong cuộn dây stato bởi từ trường của
nam châm vĩnh cửu của rôto, chỉ tồn tại khi rôto đang quay từ vị trí thứ i sang vị
trí thứ j, khi rôto đứng yên ở trạng thái giữ thì E=0; i=(Vcc-E)/r.(l-e
OT
)
Giải phương hình vi phân trên ta được biểu thức cho dòng điện:
Trong đó: T=L/r- hằng số thời gian.
Như vậy là dòng điện không xác lập ngay lập tức mà tăng lên từ từ:
- Khi bắt đầu khởi động (E=0), dòng điện tăng với hệ số góc Vcc/L,
- Sau điểm khởi động, dòng điện tăng với hệ số góc (Vcc-E)/L cho
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-21 -
đến khi rôto dừng ở vị trí mới, lúc đó dòng điện đạt tới giá trị lo.
- Sau khi rôto dừng ở vị trí mới,dòng điện tiếp tục tăng với hệ số góc
Vcc/L đến giá trị xác lập Vcc/r.
Đặc tuyến thời gian(và góc) của dòng điện stato được biểu diễn tren hình sau:
Từ các kết quả trên rút ra những nhận xét quan trọng sau:
a, phải thiết kế sao cho dòng điện xác lập không vượt quá dòng điện tối đa cho
phép(Vcc/r^Imax) nếu sau khi quay một bước rôto dừng và duy trì ở vị trí ở vị trí giữ.
b, Nếu sau khoảng thời gian ti, rôto quay xong góc bước 0, ta lại chuyển mạch để
rôto quay bước tiếp theo thì dòng điện không bao giờ đạt tới giá trị xác lập. Điều đó giải
thích tại sao khi quay với tốc độ lớn dòng điện cấp cho động cơ lại nhỏ.
c, Nếu tăng tỷ số Vcc/r thì thời gian để động cơ quay một bước (ti) sẽ nhỏ đi do
dòng điện đạt đến giá trị lo nhanh hơn. Điều đó giải thích tại sao muốn cho động
Cơ quay nhanh thì phải cấp điện áp cao. (Điện áp này lớn gấp nhiều lần điện áp danh

sinh ra mômen giữ.
Sơ đồ điện áp và dòng điện của cuộn dây pha trong trường hợp này như
sau:
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
-23 -
Sơ đồ xung điện áp và dòng điện của cuộn dây stato khỉ điều
khiển bằng độ rộng xung Kinh nghiệm cho thấy, đối với phần lớn các loại động cơ
bước, tần số xung trong lúc giữ là 20 kHz; còn độ rộng xung chủ yếu khảo sát thực tế
đối với từng loại động cơ bước, hoặc tính được từ phương trình 27 khi biết chắc chắn
các tham số I, u, L của loại động cơ bước đó, hoặc được khống chế tự động nhờ việc
theo dõi dòng điện i trong cuộn dây pha.
Kiểu điều khiển này có một số nhược điểm sau:
- Mạch điều khiển phức tạp và đòi hỏi transiste làm nhiệm vụ khoá
điện tử phải có tốc độ đóng cắt nhanh, công suất lớn.
- Trong thời gian giữ, từ trường thay đổi liên tục làm nóng động cơ;
đồng thời transiste đóng cắt cũng liên tục phải chịu các xung điện áp thận nghịch khá
cao nên ở mức độ nào đó cũng bị nóng.
- Không áp dụng cho chế độ vi bước.
- các xung điện áp cao và tần số cao cùng với từ trường thay đổi liên
tục gây nhiễu radio và nhiễu điện từ trường, nhiều khi làm cho mạch điều khiển không
hoạt động.
-24-
Chuuyển. bước
Chuyển pha
.
tk
Giữ
<7 > r< >
BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP
3.4. Điều khiển dòng-áp bằng điện áp hai mức

bước lưỡng cực và đơn cực. Sử dụng cùng với mạch cầu công suất kép như L298 tạo ra
một bộ ghép nối hoàn chỉnh giữa bộ vi xử lý và động cơ kiễu lưỡng cực. Động cơ bước
kiểu đơn cực cũng có thể điều khiển được bằng L297 cộng 4 cụm công xuất mắc theo
kiểu Đalingtơn.
Vi mạch điều khiển động cơ bước L297 trước hết sử dụng cùng với cầu công
xuất L298 hoặc L293E trong các ứng dụng điều khiển động cơ bước.
L297 nhận tín hiệu điều khiển từ hệ thống điều khiển, thường là chip vi xử lý
trung tâm và tạo ra tất cả các dạng xung điều khiển cho tầng công suất. Hơn thế nữa, nó
bao hàm hai bộ chopper điều khiển độ rộng xung PWM để điều khiển dòng điện trong
các cuộn dây pha.
Với việc hạn chế công suất phù hợp, L297 điều khiển được động cơ nam châm
vĩnh cửa 2 pha, động cơ nam châm vĩnh cửu 4 pha và động cơ có từ trở thay đổi 4 pha.
Ngoài ra, nó có thể điều khiển ở cả hy chế độ cả bước hay nửa bước.
CÁC ƯU ĐIỂM
Vi mạch L297 cộng với mạch công suất L298 có nhiều ưu điểm: cần ít lỉnh kiện,
yêu cầu phần mềm rất đơn giản nên giảm tải cho bộ vi xử lý. Thêm vào đó, việc lựa
chọn cặp vị mạch đồng bộ (L297 và L298) có độ linh hoạt nhất định. Bản