- 1 -

Báo cáo thực tập tốt nghiệp – CNC

Tổng quan CNC 1.1) Khái niện 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 chương trình đã
được lập trình sẳn để gia công các chi tiết.
Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào
bộ nhớ. Khi gia công, Máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy, Máy công
cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, n
ội
suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nà.
Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả
các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính.
1.2)Đặc điểm cấu trúc của máy công cụ điều khiển CNC.
Đặc điểm của các động cơ truyền động
Truyền động chính:
Độ
ng cơ chính thường dùng động cơ dòng một chiều hoặc dòng điện
xoay chiều.
Truyền động chạy dao:
Động cơ dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều với bộ vitme/đai

c 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).
Tr
ục Y là trục thứ hai trong mặt phẳng định vị. Nó nằm trên 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.
Để xác đị
nh 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 cắ
t 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 thì 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) trên một số máy CNC
có cả hai khả năng.
1.3.1.1 Dùng toạ độ Đề các.

- 3 -

Điểm W chi tiết: là điểm gốc 0 của hệ toạ độ chi tiết, nó đựoc giữ cố
định cho một chi tiết.
Điểm chuẩn của dao P: là điểm gôc của hệ toạ độ gắn trên dao cắt.
Điểm 0 lập trình: là điểm gốc 0, từ đó xác định các dữ liệu cập nhập
trong m
ột chương trình. Điểm này có thể thay đổi

- 4 -
thông qua lệnh chuyển điểm 0.

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 công cụ CNC.
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 d
ạng 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 đế
n các vị trí đã lập trình. Khi
đạt tới đích dao bắt đầu gia công. truờng hợp này quỹ đạo của chuyển động
Phần II
Giới thiệu cnc cyber-mill
Cyber- mill là máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có mô
hình như sau: Các bộ phận Truyền động:

- 6 -
Động cơ một chiều có mang dao phay đường kính dao 3mm.
Chuyển động ăn dao:
Chuyển động ăn dao được thực hiện nhờ ba động cơ bước hoạt động độc
lập nhau mỗi động cơ loại nguồn 2A-5V và bộ Vitme/ đaiốc.
Mỗi động cơ bước thực hiện điều khiển chuyển động theo một trục nhất
định trong hệ toạ độ
Đề các(X,Y,Z).
Bộ truyền động được sử dụng là Vitme/đai ốc.
Chiều dài Vít me trục Z là 210 mm.
Chiều dài Vitme trục X là 380 mm.
Chiều dài Vitme trục Y là 210 mm.
Khoảng cách các răng trên Vitme là 3mm/răng
Độ rộng mỗi răng là 1mm.


- 7 -
PHần IIi
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 dạ
ng 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.

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 này máy tính yêu cầu Mô hình số hoá động cơ bước.

2. Nguyên lý hoạt động.
Rô to động cơ bước không có cuộn dây khởi động mà nó được khởi
động bằng phương pháp tần số. Rôto của động cơ bước có thể được kích
thích(rôto tích cực) ho
ặc không được kích thích(rôto thụ động).
Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực hoặc xung
2 cực
Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây
stato theo từng cuộn dây riêng lẽ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số
và chiều của lực điện từ tổng F của động cơ và do đó vị trí của rôto trong
không gian hoàn toàn phụ
thuộc voà phương pháp cung cấp điện cho các
cuộn dây.
Thực tế để tăng cường lực điện từ tổng của stato và do đó tăng từ thông
và mômen đồng bộ, người ta thường cấp điện đồng thời cho hai,ba hoặc
nhiều cuộn dây. Lúc đó rôto của động cơ bước sẽ có vị trí cân bằng(ổn định

- 9 -
) trung với vectơ 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 dây stato.
Khi cấp điện cho một số chẵn cuộn dây hoặc cho một số lẽ cuộn dây rôto
của động cơ bước sẽ có m vị trí cân bằng. góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếp
c
ủa rôto bằng 2π/m - Trường hợp này gọi là điều khiển cả bước hay điều

=1 điều khiển bằng xung 1 cực;
n
2
=2 điều khiển bằng xugn 2 cực.
Bước quay của rôto trong không gian là α=360
0
/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 được cấp bởi dòng điện một chiều, chứ không
phải dòng điện xoay chiều.
Trong động cơ được cấp bởi nguồn một chiều, sau quá trình quá độ, dòng
điện trong các cuộn stato là hằng số
I=U/r
s
=Const.
Từ thông mà nó sinh ra tác động vào cặp cực của rôto:
φ=B.S.cosα=B.S.sinθ
trong đó:
B là cường độ từ trường do dòng điện I sinh ra trong cuộn dây có điện
cảm L;
S là tiết diện vuông gốc của cặp cực;
α là góc giữa trục cặp cực với trục của cuộn dây pha;
θ là góc giữa trục cặp cực và đường vuông góc với trục của cuộn dây
pha;

- 10 -
Do θ thay đổi nên từ dẫn dọc theo đường đi của từ thông thay đổi theo,

(dL
RS
/dθ)
Trong đó: I
S
, I
R
, L
S
(θ), L
R
(θ), L
SR
(θ) 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 M
S
được hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đường đi của từ
thông stato được kích thích bởi dòng điện I
S
.
M
R
được hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đường đi của từ thông rôto
được kích thích bởi dòng điện I
R
.


Chất lượng của động cơ bước được đánh giá bởi độ dốc của đường cong
mômen đồng bộ M=f(θ), đặc biệt là ở đầu của vùng làm việc thuộc đường
cong này. Độ dốc của đường M=f(θ) trong vùng này càng lớn thì suất
mômen dM/dθ càng lớn và khả năng đồng bộ của đồng bộ của động cơ bước
càng lớn.
Giả sử t
ại một vị trí nhất định, rôto mang một mômen tải(mômen cản) M
C
.
Để giữ được rôto ở vị trí này ta phải cấp dòng điện cho cuộn dây stato tại vị
trí đó và do góc α=0 nên M=M
max
. Điều kiện để giữ được rôto không trượt
khỏi vị trí là:
M
C
<M
max
Muốn quay rôto đi một gốc α 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 α là :
M
C
<M
max
.cosα.
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 α không
làm cho động cơ rơi vào vùng mất ổn định của đặc tính góc M=f(θ)

thuật đặc biệt có độ từ hoá cao và chịu mômen tải lớn, vì chính rôto là bộ
phận chịu tải trọng cơ khí thông qua trục của nó.

- 12 -
Người ta thường chế tạo các động cơ bước có các bước trong khoảng từ
0,45
0
÷15
0
tuỳ theo mục đích sử dụng. Trong đó thông dụng nhất trên thị
trường hiện nay là loại động cơ có góc bước 1,8
0
.
Xét về cấu tạo, động cơ bước có ba loại chính:
- Động cơ bước có rôto được kích thích(có dây quấn kích thích hoặc
kích thích bằng nam châm vĩnh cửu).
- Động cơ bước có rôto không kích thích(động cơ kiểu cảm ứng và
động cơ kiểu phản kháng).
- Động cơ bước kiểu hỗn hợp, kết hợp cả hai loại trên. II. cơ sở lý thuyết điều khiển
động cơ bước
1. Ba chế độ(Mode) điều khiển động cơ bước.
Ta có ba chế độ điều khiển động cơ bước đó là:
a, Chế độ cả bước.
b, Chế độ điều khiển cả bước.
c, Chế độ điều khiển vi bước.
Cơ sở lý thuyết của việc điều khiển các chế độ
này như sau:

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.OA.OB.cosα.
OC
2
=OA
2
+OB
2
+2.OA.OB.cosα
(AB/2)
2
=OA
2
+(OC/2)
2
-2.OA.(OC/2).cosβ
hay : AB
2
=4.OA
2
+OC
2
-4.OA. OC.cosβ