THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TÔI CNC CAO TẦN

Trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, chúng em nhận được nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, nhà trường, quý thầy cô, các bạn, và sau 3 tháng thực hiên đồ án với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Sơn, thầy Phạm Sơn Minh, thầy Trần Minh Thế Uyên, anh Minh, thầy Nhân đã giúp chúng em hoàn thành đúng thời gian qui định. Trong thời gian thự hiện đồ án tốt nghiệp này chúng em xin chân thành cảm ơn đến:  Thầy Nguyễn Văn Sơn, Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Uyên người tận tình hướng dẫn, truyền đạt, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho chúng em thực hiện đồ án này.  Quý thầy cô khoa Chất Lượng Cao, Trung Tâm Công Nghệ Cao Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã cung cấp cho chúng em những kiến thức quý báu trong quá trình học tập tại trường.  Các bạn sinh viên đã giúp đỡ trao đổi kiến thức trong quá trình thực hiện đồ án này. Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Xin cảm ơn

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THI ẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TÔI CNC CAO TẦN

SVTH : LÊ TRUNG HIẾU 12143416

TRƯƠNG CÁT MẪN 12143427

VÕ HỒNG PHÚC 12143433 PHẠM THANH TÚ 12143441 TRÌNH NGỌC NAM 12143348

KHÓA : 2012-2016

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

GVHD : ThS NGUYỄN VĂN SƠN

Tp H ồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THI ẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TÔI CNC CAO TẦN

SVTH : LÊ TRUNG HIẾU 12143416

TRƯƠNG CÁT MẪN 12143427

VÕ HỒNG PHÚC 12143433

PHẠM THANH TÚ 12143441 TRÌNH NGỌC NAM 12143348

KHÓA : 2012-2016

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

GVHD : ThS NGUYỄN VĂN SƠN

Tp H ồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016

Trang 3

C ỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Sơn

1 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy tôi CNC cao tần

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Tài liệu, máy CNC

- Máy tôi cao tần

- Phần mềm Mach3

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Phương án thiết kế máy tôi CNC cao tần

- Tôi tăng độ cứng cho bề mặt thép

- Đánh giá, kết luận, hướng phát triển

4 Sản phẩm:

- Máy tôi CNC cao tần chạy bằng phần mềm Mach3

- Tấm thép được tôi tăng độ cứng bề mặt

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 8 năm 2016

Trang 4

Ths Nguyễn Văn Sơn

Trang 5

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Lê Trung Hiếu MSSV: 12144174

Trương Cát Mẫn MSSV: 12144185

Võ Hồng Phúc MSSV: 12144161

Phạm Thanh Tú MSSV: 12144022

Trình Ngọc Nam……… MSSV: 12143348

Ngành: Công Nghệ Chế tạo máy Lớp: 12143CL1

Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy tôi CNC cao tần

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Sơn

Trang 6

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)

ThS Nguyễn Văn Sơn

Trang 7

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: Lê Trung Hiếu MSSV: 12144174

Trương Cát Mẫn MSSV: 12144185

Võ Hồng Phúc MSSV: 12144161

Phạm Thanh Tú MSSV: 12144022

Trình Ngọc Nam……….MSSV: 12143348

Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy tôi CNC cao tần

Họ và tên giáo viên phản biện: PGS TS Đỗ Thành Trung

Trang 8

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)

PGS TS Đỗ Thành Trung

Trang 9

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, chúng em nhận được nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, nhà trường, quý thầy cô, các bạn, và sau 3 tháng thực hiên đồ án với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Sơn, thầy Phạm Sơn Minh, thầy Trần Minh Thế Uyên, anh Minh, thầy Nhân đã giúp chúng em hoàn thành đúng thời gian qui định

Trong thời gian thự hiện đồ án tốt nghiệp này chúng em xin chân thành cảm ơn đến:

 Thầy Nguyễn Văn Sơn, Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Uyên người tận tình hướng dẫn, truyền đạt, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho chúng em thực

hiện đồ án này

 Quý thầy cô khoa Chất Lượng Cao, Trung Tâm Công Nghệ Cao Trường Đại

Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã cung cấp cho chúng em những

kiến thức quý báu trong quá trình học tập tại trường

 Các bạn sinh viên đã giúp đỡ trao đổi kiến thức trong quá trình thực hiện đồ

Trang 10

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

“Thiết kế chế tạo máy Tôi CNC cao tần”

Mục tiêu chính của nhóm là ứng dụng công nghệ tự động hóa vào máy tôi cao

tần, thay thế việc sử dụng sức người bằng máy móc đồng thời nâng cao năng xuất

Trang 11

ABTRACT

“Manufacturing CNC high frequency induction heating machine” The main aim of our group is applying the automatic technology to high frequency induction heating machine, replacing labor - power use by machines, as well as improving the productivity and quality of products

Our group focuses on learning about three main parts, including motors, controllers and appropriate display control unit

The final stage of project is testing the surface hardening of steel, increasing steel hardness to suit the project’s requirements The maximum size of the shaft in CNC high frequency induction heating machine after being manufactured is 750x450x200 mm respectively Besides, it also has the ability of assembling various shapes

However, there are some drawbacks, including: vibration during interpolation; the aesthetics of the machine joints is limited

Trang 12

M ỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 5

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

ABTRACT iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1

KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 1

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu 1

1.1.2 Phạm vi nghiên cứu 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 2

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ MÁY CNC 3

2.1.1 Vài nét về lịch sử 3

2.1.2 Định nghĩa máy điều khiển số (NC-Numerical Control): 3

2.1.3 Máy CNC 3 trục thường gặp 4

QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ 5

2.1.4 Giới thiệu chung về phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ: 5

2.1.5 Hiệu suất bề mặt 7

2.1.6 Thiết kế của cuộn dây gia nhiệt (coil design) 8

2.1.7 Một số đặc điểm nổi bật của quá trình gia nhiệt theo phương pháp cảm ứng từ: 8 PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN 9

Trang 13

2.1.8 Khái niệm về nhiệt luyện 9

2.1.9 Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi 10

MÁY TÔI CAO TẦN 11

CẤU TẠO MÁY CNC 3 TRỤC 12

2.1.10 Cấu tạo máy 12

2.1.11 Vitme – đai ốc 12

2.1.12 Thanh trượt bi 14

2.1.13 Động cơ bước 16

TỔNG QUAN VỀ NỘI SUY 25

2.1.14 Cơ sở lý thuyết nội suy phần cứng 25

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH CỦA MÁY TÍNH CNC 32

2.1.15 Hệ điều khiển máy CNC 32

2.1.16 Khối chức năng PLC 34

CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 36

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 36

3.1.1 Bàn máy di chuyển theo 2 phương X, Y – loại 1: 36

3.1.2 Bàn máy di chuyển theo một phương Y – loại 2: 37

3.1.3 Bàn máy đứng yên – loại 3: 37

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN CHỌN PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 38

3.1.4 Giới thiệu phần mềm mach3 38

CHỌN ĐỘNG CƠ 40

Bảng 3.1 So sánh động cơ bước và động cơ servo 41

LỰA CHỌN VIT ME-DAI ỐC 41

LỰA CHỌN BỘ TRUYỀN, KHỚP NỐI 43

LỰA CHỌN CƠ CẤU DẪN HƯỚNG 45

LỰA CHỌN, TÍNH TOÁN THANH TRƯỢT BI 47

TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN VÍT ME-ĐAI ỐC BI 52

THIẾT KẾ TRỤC Y 58

THIẾT KẾ TRỤC X 61

Trang 14

THIẾT KẾ BÀN MÁY, KHUNG ĐỂ MÁY VÀ ĐỒ GÁ 63

LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG VÀ KIỂU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ.65 3.1.5 Lựa chọn kiểu điều khiển động cơ 65

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CNC 3 TRỤC: 65

3.1.6 Thiết kế bàn điều khiển và khối hiện thị: 65

3.1.7 Thiết kế, thi công tủ điện: 66

3.1.8 Vận hành phần mềm mach3 72

MÔ PHỎNG SIMULATION TRONG CREO 2.0 75

GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT 77

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 84

4.1 VẬN HÀNH MÁY TÔI CNC CAO TẦN 84

4.2 TÔI BỀ MẶT PHẲNG 87

4.3 KẾT QUẢ, KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ 89

4.3.1 Tôi thép lần 1: 89

4.3.2 Tôi thép lần 2 (tôi 3 đường) 92

4.3.3 Tôi thép lần 3 (tôi 1 đường 3 điểm) 95

99

4.4 HÌNH ẢNH TỔNG QUAN MÁY CNC TÔI CAO TẦN 116

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 117

5.1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 117

5.2 KIẾN NGHỊ 118

Trang 15

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mô hình khái quát của máy 3

Hình 2.2 Cấu tạo máy cnc 4

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 6

Hình 2.4 Dòng điện cảm ứng trong phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 7

Hình 2.5 Máy tôi cao tần 11

Hình 2.6 Sơ đồ máy CNC 3 trục 12

Hình 2.7 Vít me bi 12

Hình 2.8 Cấu tạo vitme bi và profin ren 13

Hình 2 9 Hồi bi theo lỗ khoan đai ốc 13

Hình 2.10 Hồi bi kiểu ống 13

Hình 2.11 Khử khe hở bằng tấm đệm 14

Hình 2.12 Khử khe hở bằng lò xo 14

Hình 2.13 Khử khe hở bằng vành răng 14

Hình 2.14 Thanh trượt bi mang cá 15

Hình 2.15 Thanh trượt bi tròn 15

Hình 2.16 Động cơ bước từ trở biến đổi 18

Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu 18

Hình 2.18 Động cơ bước đơn và loại đơn cực 8 dây 19

Hình 2.19 Động cơ bước lưỡng cực 20

Hình 2.20 Động cơ lưỡng cực loại 6 dây và 8 dây 20

Hình 2.21 Động cơ nhiều pha 21

Hình 2.22 Động cơ bước lai 21

Hình 2.23 Mạch cầu H 22

Hình 2.24 Chế độ thuận AD 22

Hình 2.25 Mạch cầu H dùng BJT 22

Hình 2.26 Mạch cầu H dùng mosfet 22

Hình 2.27 Điều khiển cả bước 23

Hình 2.28 Điều khiển nửa bước 23

Hình 2.29 Dòng điện qua 2 pha (lý tưởng) 24

Hình 2.30 Dòng điện qua 2 pha (thực tế) 24

Hình 2.31 Phương pháp tích phân DDA 25

Hình 2.32 Bộ tích phân DDA 28

Hình 2 33 Vòng tròn cần nội suy 30

Hình 2.34 Bộ nội suy hoàn thiện 31

Hình 2.35 Cấu thành của hệ điều khiển CNC 32

Trang 16

Hình 2.36 Cấu thành của hệ thống CNC chuẩn 34

Hình 3.1 Mô hình CNC bàn máy di chuyển theo 2 phương X,Y 36

Hình 3.2 Mô hình CNC bàn máy di chuyển theo một phương Y 37

Hình 3.3 Mô hình CNC bàn máy đứng yên 37

Hình 3.4 Wizard 40

Hình 3.5 Vít me-đai ốc thường 41

Hình 3.6 Vít me-đai ốc bi 41

Hình 3.7 Quan hệ giữa hệ số ma sát và tốc độ (vít me thường và vít me bi) 42

Hình 3.8 Bộ truyền xích 43

Hình 3.9 Bộ truyền bánh răng 44

Hình 3.10 Bộ truyền đai 44

Hình 3.11 Khớp nối mềm 44

Hình 3.12 Dẫn hướng bằng sống trượt mang cá 45

Hình 3.13 Ray trượt 46

Hình 3.14 Thanh trượt bi 46

Hình 3.15 Trục trơn 46

Hình 3 16 Bộ dẫn hướng 47

Hình 3.17 Phác thảo mô hình 47

Hình 3.18 Số lượng thanh trượt yêu cầu trong một mặt phẳng 48

Hình 3.19 Trích catalogue của thanh trượt bi hãng THK 48

Hình 3.20 Lực, momen tác dụng lên thanh trượt 49

Hình 3.21 Khả năng chịu tải theo các hướng 49

Hình 3.22 Quy trình tính toán 50

Hình 3.23 Lực tác dụng lên thanh trượt 50

Hình 3.24 Kiểu lắp vít me fixed-fixed, fixed-free và fixed-support 53

Hình 3.25 Cách bố trí và thiết kế của trục Y 59

Hình 3.26 Lắp đặt trục Z lên trục Y 59

Hình 3.27 Bố trí các chi tiết lên trục Y 60

Hình 3.28 Vị trí các chi tiết 62

Hình 3.29 Các chi tiết phía dưới bàn máy 62

Hình 3.30 Bàn máy 63

Hình 3.31 Khung đỡ máy 64

Hình 3.32 Đồ gá 64

Hình 3.33 Bàn điều khiển 66

Hình 3.34 Tủ điện ngoài thực tế 67

Hình 3.35 Tủ điện 69

Trang 17

Hình 3.36 Tầng 1 hộp điện 70

Hình 3.37 Tầng 2 hộp điện 71

Hình 3.38 Hình tủ điện thiết kế 72

Hình 3.39 Tủ điện thi công trong thực tế 72

Hình 3.40 Trang Program Run 73

Hình 3.41 Giao diện trang MDI 75

Hình 3.51 Mô phỏng chuyển vị nhôm định hình 45x45 76

Hình 3.52 Mô phỏng chuyển vị thanh trượt tròn 77

Hình 3 53 Danh sách các chi tiết cần gia công 83

Hình 4.1 Bề mặt tấm thép trước khi tôi lần 1 87

Hình 4.3 Khu vực buồng tôi khi chưa hoạt động 88

Hình 4.4 Cận cảnh quá trình tôi thép 88

Hình 4.5 Phun nước làm nguội tấm thép 89

Hình 4.7 Bề mặt thép sau tôi lần 1 90

Hình 4.8 Phân vùng tấm thép thứ 1 chuẩn bị đo độ cứng 90

Hình 4.9 Đo độ cứng tấm thép C45 thứ 1 trên máy đo độ cứng điện tử 91

Hình 4.10 Biểu đồ hiển thị độ cứng sau khi tôi tấm thép C45 170x150 mm 92

Hình 4 11 Bề mặt thép trước khi tôi lần 2 92

Hình 4.12 Bề mặt thép sau khi tôi lần 2 93

Hình 4 14 Đo độ cứng tấm thép C45 thứ 2 trên máy đo độ cứng điện tử 94

Hình 4.15 Biểu đồ hiển thị độ cứng sau khi tôi tấm thép C45 thứ 2 95

Hình 4.17 Bề mặt tấm thép sau khi tôi lần 3 96

Hình 4.21 Bề mặt tấm thép sau tôi lần 4 99

Trang 18

Hình 5.1 Thiết kế hệ thống vách ngăn cho buồng tôi 118

Hình 5.2 Hệ thống làm nguội ban đầu (Phương án 1) 119

Hình 5.3 Hệ thống làm nguội ban đầu (Phương án 2) 119

Hình 5.4 Hệ thống làm nguôi sau khi đã cải tiến (phương án cuối cùng được chọn) 120

Trang 19

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 So sánh động cơ bước và động cơ servo 41

Bảng 3.2 Trích bảng tra đường kính, chiều dài, bước ren của vít me bi 52

Bảng 3.3 Bảng tra hệ số an toàn tĩnh 56

Bảng 3.4 Bảng tra hệ số tải fa 57

Bảng 3.6 Danh sách các thiết bị của phần cứng hệ điều khiển 69

Bảng 4.1 Bảng đo độ cứng tấm thép thứ 1 91

Trang 20

DANH M ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLC: Programmable Logic Control

NCK: Numerical Control Kernel

MMI: Man Machine Interface

CNC: Computer Numerical Control

NC: Numerical Control

DDA: Digital Differential Analyzer

BLU: Basic Length Unit

DNC: Direct Numerical Control

PCI: Peripheral Component Interconnect

TTL: Transistor Transistor Logic

Trang 21

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Một trong những thành tựu lớn của tiến bộ khoa học kỹ thuật là tự động hoá sản

xuất Trong dây truyền sản xuất linh hoạt thì máy điều khiển số CNC đóng một vai trò rất quan trọng Sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời cũng rút

ngắn được chu kỳ sản xuất Chính vì vậy hiện nay nhiều nước trên thế giới đã

và đang ứng dụng rộng rãi các máy CNC vào ngành cơ khí Ở Việt Nam các máy CNC đang được sử dụng rông rãi để chế tạo các chi tiết cơ khí, nghiên cứu khoa học, giảng dạy Do đó nhóm đã vận dụng sự tự động hóa để tiến hành nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo một máy tôi cao tần có sử dụng hệ

thống điều khiển tự động

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

– Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động

– Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất – Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động

sản xuất hiện đại

– Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất

– Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất

KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

– Thiết kế, chế tạo được một máy tôi CNC cao tần có thể điều khiển tốc độ,

vị trí theo ý muốn thông qua bàn điều khiển

– Tôi bề mặt thép đạt được độ cứng trung bình 40 HRC

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu

– Máy phay CNC 3 trục

– Phần mềm điều khiển Mach3

– Phần mềm thiết kế, tính toán, mô phỏng

Trang 22

– Động cơ và phương pháp truyền động

– Sau khi tôi, bề mặt thép tăng độ cứng

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC – Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy CNC 3 trục và máy tôi cao tần

tiến hành phân tích, tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm Sau đó,

tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp đã đề ra: tối ưu hay không tối ưu, tối

ưu trong trường hợp nào

– Kết quả dự kiện: điều khiển máy CNC di chuyển với tốc độ tùy chỉnh, tôi

bề mặt tấm thép tăng độ cứng

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

– Do còn nhiều hạn chế về thời gian cũng như kiến thức chuyên môn nên đồ

án chỉ tập trung thực hiện các vấn đề sau:

Thiết kế, chế tạo, lắp ráp hoàn chỉnh và vận hành máy tôi CNC cao tần

Độ cứng trên mặt thép sau khi tôi chưa đồng đều

Trang 23

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ MÁY CNC

2.1.1 Vài nét về lịch sử

– Năm 1947, Parsons (Mỹ) là cha đẻ của ý tưởng áp dụng tín hiệu số cho các máy gia công cắt gọt Năm 1954, máy điều khiển theo chương trình số đầu tiên được ra đời Năm 1955, xuất hiện máy điều khiển số bằng bìa và băng đục lỗ tại triển lãm máy công cụ tại Chicago Kể từ đó, khi thấy được lợi ích và tiềm năng của máy điều khiển số (Numerical Control –NC), nhiều nước trên thế giới như Nhật, Anh, Đức,… đã nghiên cứu, phát triển, chế tạo thành công nhiều loại máy CNC và phổ biến nhiều nơi trên thế giới

– Cấu tạo chung và quy ước máy CNC:

Hình 2.1 Mô hình khái quát của máy 2.1.2 Định nghĩa máy điều khiển số (NC-Numerical Control):

– Máy điều khiển số (NC – Numerical Control) là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu số được mã hoá đặc

biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống

– Định nghĩa máy điều khiển số có sự hổ trợ của máy tính (CNC – Computer Numerical Control)

– Máy điều khiển số có sự hổ trợ của máy tính (CNC- Computer Numerical Control) sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp trên hệ điều khiển máy và được điều khiển bởi các chỉ thị lưu trữ trên bộ nhớ máy tính để thực hiện

một phần hoặc toàn bộ các chức năng điều khiển số

Trang 24

– Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển

Chương trình điều khiển: là tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, chữ số và các kí hiệu khác như: dấu cộng, trừ, dấu

chấm…Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã

số (chẳng hạn mã nhị phân trong bộ nhớ máy tính)

Các cơ cấu điều khiển: nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của

cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín

hiệu gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm các cơ cấu đọc, giải mã, cơ

cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín

hiệu

Trang 25

hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục chính, ổ

chứa dao, các tay máy…

– Kết cấu từng bộ phận chính như máy vạn năng thông thường, tuy nhiên có

một vài khác biệt để đảm bảo cho quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năng suất và mở rộng khả năng công nghệ của máy

– Hộp tốc độ: phạm vi điều khiển tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong đó sử dụng các li hợp điện từ để thay đổi tốc độ được dễ dàng

– Hộp chạy dao: có nguồn dẫn động riêng thường là động cơ bước, sử dụng phương pháp khử khe hở của bộ truyền vitme- đai ốc bi…

– Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, thay dao tự động,… – Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điều khiển thích nghi khác nhau đảm bảo một hay nhiều thông số tối ưu như thành phần lực cắt, độ ồn,

độ rung, chế độ cắt…

QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ

Giới thiệu về hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ Ngoài ra, các nguyên lý cơ bản

và các đặc điểm nổi bật của phương pháp gia nhiệt này cũng sẽ được đề cập đến

Hiện nay, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một trong những phương pháp mới, đang được phổ biến càng ngày càng phổ biến trong công nghệ phun ép

nhựa Vì vậy, khả năng ứng dụng của phương pháp này cũng sẽ được đề cập đến 2.1.4 Giới thiệu chung về phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ:

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thường được sử dụng trong quá trình gia nhiệt cho các vật liệu sắt từ nhằm nâng cao nhiệt độ lên đến trạng thái lỏng (nóng

chảy), hoặc đến nhiệt độ chuyển đổi pha (quá trình tôi cao tần).Hiện nay, trong phương pháp gia công tiên tiến, phương pháp gia nhiệt này có ưu điểm vượt trội về tốc

độ gia nhiệt, độ ổn định, cũng như khả năng điều khiển quá trình gia nhiệt.Nhìn chung, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thuộc nhóm phương pháp gia nhiệt không tiếp xúc Phương pháp này dựa trên ảnh hưởng của dòng nhiệt cao tần trong

Trang 26

cuộn dây (coil) tạo nên dòng điện cảm ứng trên bề mặt cần gia nhiệt Nhờ dòng điện

cảm ứng này, bề măt cần gia nhiệt sẽ được nung nóng đến giá tri cần thiết Do đặc điểm về dòng điện cảm ứng từ, trong quá trình gia nhiệt, hầu như chỉ phần vật liệu gần

lớp bề mặt bị ảnh hưởng (nung nóng), do đó, hiệu quả của quá trình gia nhiệt được nâng cao Ngoài ra, trong quá trinh phun ép, sau khi bề mặt khuôn được gia nhiệt và đạt đến giá trị nhiệt độ nhất định, nhựa nóng sẽ được phun vào long khuôn Sau đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra Vì phương pháp cảm ứng từ chỉ gia nhiệt tại

bề mặt khuôn Do đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra dễ dàng và tốc độ giải nhiệt sẽ nhanh hơn so với các phương pháp gia nhiệt khác

Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được trình bày như Hình 2.3 và 2.4 Thiết bị gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ cấp nguồn điện, tạo ra dòng điện cao tầng chạy trong cuộn dây Dòng điện sẽ tạo ra từ trường thay đổi xung quanh cuộc dây với cùng tần số của nguồn cao tần Theo định luật Faraday, nếu có một

cuộn dây khác nằm trong vùng ảnh hưởng của từ trường này, trong phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn theo phương pháp cảm ứng từ, cuộn dây sẽ đóng vai trò như

cuộn sơ cấp, và bề mặt khuôn sẽ đóng vai trò như cuộn thứ cấp Khi có dòng điện cao

tần chạy trong cuộn dây, từ trường biến thiên với tần số cao sẽ được tạo ra Nếu bề mặt

cần gia nhiệt của khuôn được đặt gần cuộn dây, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trên

bề mặt khuôn, và quá trình gia nhiệt sẽ được thực hiện

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Trang 27

Hình 2.4 Dòng điện cảm ứng trong phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 2.1.5 Hiệu suất bề mặt

– Chiều sâu lớp gia nhiệt (Heating layer or Penetration depth) tính từ bề mặt

của vật cần gia nhiệt được xác định theo công thức sau:

– Theo như công thức trên, độ ngấm từ phụ thuộc vào tính chất vật liệu

của vật cần gia nhiệt và tần số dòng điện Do đó, với cùng loại vật liệu,

hiệu suất và chiều dày của lớp gia nhiệt có thể thay đổi thông qua việc điều

chỉnh tần số của dòng điện Với các loại vật liệu từ tính thấp, như đồng (Cu) và nhôm (Al), độ ngấm từ (Magnetical permeability) thường là 1 Ngược lại, với các loại vật liệu sắt từ (Ferromagnetic material), như thép,

độ ngấm từ thường cao hơn rất nhiều Do đó, khi gia nhiệt cho vật liệu sắt

từ, nhờ hiệu ứng bề mặt, quá trình gia nhiệt sẽ tập trung tại bề mặt của vật

cần gia nhiệt Vì vậy, hiệu suất của quá trình gia nhiệt sẽ nâng cao đáng kể

Trang 28

2.1.6 Thiết kế của cuộn dây gia nhiệt (coil design)

– Trong quá trình gia nhiệt cho bề mặt khuôn, dòng điện cảm ứng trên bề mặt khuôn được tạo bởi từ trường thay đổi của dòng điện trong cuộn dây (coil)

Do đó, với các thiết kế khác nhau của cuộn dây, từ trường sẽ thay đổi, và

kết quả là phân bố nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn cũng sẽ khác nhau Với thiết kế tốt, cuộn dây sẽ tạo ra vùng gia nhiệt hợp lý cho bề mặt khuôn Ngoài ra, hiệu suất của quá trình gia nhiệt cũng được tối ưu hơn Nhìn chung, trong lĩnh vực gia nhiệt cho khuôn phun ép theo nguyên lý cảm ứng

từ, cuộn dây gia nhiệt (induction coil) thường được làm từ ống đồng với đường kính từ 5mm đến 14mm Tùy theo từng loại khuôn và khu vực cần gia nhiệt, cuộn dây có thể có 1 vòng (turn) hoặc nhiều vòng dạng xoắn ốc (helical) với tiết diện tròn (round) hoặc vuông (square) Bên cạnh thông số

về cuộn dây, khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt cần gia nhiệt cũng là

một trong những thông số quan trong Nếu khoảng cách này nhỏ, hiệu suất

của quá trình gia nhiệt sẽ lớn hơn

2.1.7 Một số đặc điểm nổi bật của quá trình gia nhiệt theo phương pháp cảm

ứng từ:

 Quá trình gia nhiệt:

– Do mật độ dòng điện (current density) tập trung tại bề mặt gia nhiệt nên quá trình gia nhiệt sẽ được thực hiện với tốc độ cao

– Với mục tiêu nâng nhiệt độ bề mặt lên giá trị cao (cao hơn nhiệt độ chuyển pha (Tg) của vật liệu nhựa) phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một trong

những phương pháp mang tính khả thi nhất

– Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có thể dùng cho trường hợp cần gia nhiệt cực bộ tại một cùng nhỏ trên bề mặt khuôn

– Các trang thiết bị được dùng trong quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ có thể được tự động hóa dễ dàng

 Năng lượng:

– Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ mang tính hiệu quả cao về mặt năng lượng Tuy nhiên, mức độ hiệu quả này phụ thuộc nhiều vào loại vật liệu cần gia nhiệt

Trang 29

– Trong qui trình phun ép nhựa, quá trình gia công bằng cảm ứng từ thường diễn

ra với tốc độ nhanh Do đó, phần tổn thất nhiệt năng lượng ra ngoài môi trường được hạn chế tối đa

 Chất lượng vùng gia nhiệt:

– Vùng gia nhiệt có thể được điều khiển dễ dàng thông qua thiết kế cuộn dây gia nhiệt hợp lý

– Quá trình gia nhiệt có thể được mô phỏng, tính toán chính xác trước khi tiến hành thực tế

 So với các phương pháp gia nhiệt khác, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có một sỗ ưu điểm sau:

– Quá trình điều khiển nhiệt độ có thể được tiến hành dễ dàng

– Quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ chỉ có thể ảnh hưởng đến lớp bề mặt của khuôn Do đó, hiệu quả về mặt năng lượng cao hơn rất nhiều so với phương pháp dùng điện trở để gia nhiệt

– Có khả năng gia nhiệt cục bộ tại một hoặc một số vùng trên bề mặt khuôn – Quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ gần như không phụ thuộc vào điều kiện môi trường bên ngoài

– Đây là phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ gần như không phụ thuộc vào điều kiện môi trường bên ngoài

– Đây là phương pháp gia nhiệt không ảnh hưởng xấu đến môi trường

PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN

2.1.8 Khái niệm về nhiệt luyện

– Nhiệt luyện là nung nóng thép đến một nhiệt độ xác định, giữ nhiệt độ tại đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ qui định để làm thay đổi tổ chức tế vi từ đó thay đổi cơ tính của thép theo ý muốn

– Công dụng: sau khi nhiệt luyện thép có cơ tính rất cao

– Nhờ nhiệt luyện tính chống mài mòn của chi tiết máy tăng lên nhiều lần

– Làm tăng độ bền, độ cứng, tính chống mài mòn của chi tiết bằng thép (gang)

mà vẫn đảm bảo yêu cầu về độ dẻo và độ dai

– Cải thiện tính công nghệ: cải thiện tính công nghệ nâng cao năng suất

Trang 30

2.1.9 Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi

– Tôi là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép lên quá nhiệt độ tôi tới hạn AC1 hoặc AC3 tùy thuộc vào loại thép để làm xuất hiện austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển hóa thành mactenxit hay các tổ

chức không ổn định khác có độ cứng cao

– Tôi bề mặt thực hiện bằng cách nung nhanh và làm nguội lớp mặt ngoài của chi

tiết Bề mặt chi tiết sau khi tôi có độ cứng cao còn phần lõi vẫn mềm và dẻo Tôi mặt ngoài thường dùng để tôi bánh răng, các trục truyền động xoắn Các phương pháp tôi mặt ngoài thường được sử dụng:

– Tôi cao tần: là sử dụng dòng điện xoay chiều có tần số cao để nung nhanh bề

mặt ngoài của chi tiết

– Tôi bằng ngọn lửa ôxy - axêtylen:

– Nung nhanh chi tiết bằng ngọn lửa ôxy - axêtylen để bề mặt đạt đến nhiệt độ tới

hạn A3 và làm nguội nhanh trong nước hay dung dịch hóa chất

Trang 31

MÁY TÔI CAO TẦN

Trang 32

CẤU TẠO MÁY CNC 3 TRỤC

2.1.10 Cấu tạo máy

Hình 2.6 Sơ đồ máy CNC 3 trục

– Máy phay CNC cũng gồm các bộ phận cơ bản của một máy CNC nói chung như: bộ trục Z và bàn máy, bộ điều khiển, cơ cấu thay dao, động cơ

và các mạch điện tử Tùy vào từng loại máy phay CNC mà có hình dạng,

kết cấu, kích thước và khả năng công nghệ khác nhau do nhà sản xuất quyết định

2.1.11 Vitme – đai ốc

– Trong thực tế có 2 dạng vitme được sử dụng phổ biến: vitme- đai ốc tiếp xúc mặt hay còn gọi là vitme-đai ốc thường và vitme-đai ốc bi

Hình 2.7 Vít me bi

Trang 33

– Vitme- đai ốc bi có cấu tạo gồm: trục vitme, đai ốc, bi và rãnh hồi bi (hình 2.7) Bề mặt ren của trục vitme được tôi cứng và hoạt động trên những viên

bi đỡ Chính nhờ những viên bi này mà ma sát trượt trên vitme- đai ốc thường được thay thế bằng ma sát lăn trên vitme-đai ốc bi Kết quả là ma sát nhỏ hơn và hiệu suất vitme- đai ốc bi trên 90% Vitme- đai ốc bi hồi bi theo 2 cách: lỗ khoan trong đai ốc (hình 2.9) và hồi bi theo kiểu ống (hình 2.10)

Hình 2.8 Cấu tạo vitme bi và profin ren

Hình 2 9 Hồi bi theo lỗ khoan đai ốc Hình 2.10 Hồi bi kiểu ống

– Vitme- đai ốc bi được thiết kế để khử khe hở và điều chỉnh sức căng ban đầu Có 3 phương pháp được áp dụng:

 Trên mỗi phần đai ốc thiết kế dạng mặt bích, liên kết hai phần này với nhau thông qua mối ghép ren, khử khe hở bằng cách đặt tấm đệm giữa hai phần

Trang 34

đai ốc (hình 2.11) Cách này có kết cấu đơn giản nhưng khó điều chỉnh

 Cố định phần đai ốc trái, điều chỉnh lực lò xo tác dụng lên phần đai ốc phải thông qua các tấm đệm (hình 2.12)

 Khử khe hở bằng vành răng (hình 2.13), khi xoay hai phần đai ốc sẽ quay hai góc khác nhau, nhờ đó khe hở và sức căng được điều chỉnh

Trang 35

Hình 2.14 Thanh trượt bi mang cá – Cấu tạo của thanh trượt bi mang cá (hình 2.14) gồm có: thanh ray (thanh

dẫn hướng), ổ trượt, bi, rọ chứa bi, rãnh chứa bi Khi tác dụng lực lên ổ trượt dọc theo chiều thanh dẫn thì có sự chuyển động tương đối giữa ổ trượt

và thanh ray nhờ vào chuyển động lăn của các viên bi tiếp xúc giữa ổ trượt

và thanh dẫn Chính nhờ những viên bi này cùng với lớp mỡ bôi trơn mà

giảm đáng kể lực ma sát, làm cho chuyển động trượt được dễ dàng

Hình 2.15 Thanh trượt bi tròn – Cấu tạo của thanh trượt bi tròn (hình 2.15) gồm có: thanh trượt tròn,ổ trượt

bi Khi tác dụng lực lên ổ trượt dọc theo chiều thanh dẫn thì có sự chuyển động tương đối giữa ổ trượt và thanh trượt nhờ vào chuyển động lăn của các viên bi tiếp xúc giữa ổ trượt và thanh trượt Chính nhờ những viên bi này cùng với lớp mỡ bôi trơn mà giảm đáng kể lực ma sát, làm cho chuyển động trượt được dễ dàng

Trang 36

– Ngoài ra còn có loại thanh trượt thường cũng gồm 2 phần chính là ổ trượt

và thanh dẫn, tuy nhiên không có bi trong ổ trượt như thanh trượt bi Do

vậy ma sát được hình thành khi có chuyển động là ma sát trượt- lớn hơn nhiều so với ma sát lăn trong thanh trượt bi

2.1.13 Động cơ bước

2.1.13.1 Giới thiệu tổng quát

– Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt

với đa số các 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 góc quay hoặc các chuyển động

của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết

– Động cơ bước phong phú về góc quay Các động cơ kém nhất quay 90 độ

mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bước Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước

– Về cấu tạo: động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất

nhỏ

– Về hoạt động: động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo 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 rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

– Ứng dụng: trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một

cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện các lệnh đưa ra dưới dạng số Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác Ví

dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay

Trang 37

– Lợi ích của động cơ bước:

– Không sử dụng chổi than: Không xảy ra hiện tượng đánh lửa chổi than làm

tổn hao năng lượng, tại một số môi trường đặc biệt (hầm lò ) có thể gây nguy hiểm

– Tạo được mômen giữ: Một vấn đề khó trong điều khiển là điều khiển động

cơ ở tốc độ thấp mà vẫn giữ được mômen tải lớn Động cơ bước là thiết bị làm việc tốt trong vùng tốc độ nhỏ Nó có thể giữ được mômen tải lớn nhờ vào tác dụng hãm lại của từ trường rotor

– Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất lớn của động cơ bước là ta

có thể điều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản

hồi vị trí như các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát

tốc (khác với servo)

– Độc lập với tải: Với các loại động cơ khác, đặc tính của tải rất ảnh hưởng

tới chất lượng điều khiển Với động cơ bước, tốc độ quay của rotor không

phụ thuộc vào tải (khi tải vẫn nằm trong vùng momen có thể kéo được) Khi momen tải quá lớn gây ra hiện tượng trượt, do đó không thể kiểm soát được góc quay

2.1.13.2 Phân loại, cấu tạo và điều khiển động cơ bước

– Phân loại và cấu tạo:

– Động cơ bước gồm 3 loại chính: động cơ bước từ trở biến đổi (Variable - Reluctance stepper motor), động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Permanent Magner stepper motor), động cơ bước kiểu hỗn hợp (Hybride stepping motor)

– Động cơ bước từ trở biến đổi: có rôto làm bằng thép non có khả năng dẫn

từ cao và các cuộn dây của stato đối xứng nhau qua rôto có cùng cực tính Động cơ này hoạt động trên nguyên tắc: khi cấp điện cho một cuộn dây pha, từ trở trong động cơ lớn, momen từ tác dụng làm quay rôto sao cho từ

trở đạt giá trị nhỏ nhất, khi đó momen bằng không, động cơ dừng lại Tiếp

tục cấp điện lần lượt cho các cuộn pha thì động cơ sẽ hoạt động liên tục theo một chiều nhất định Đảo chiều chuyển động bằng cách đảo ngược thứ

tự cấp điện cho các cuộn dây pha Nhược điểm của loại động cơ này là rôto làm bằng thép non nên khi mất điện rôto không có từ dư nên nó sẽ quay tự

do dưới tác dụng của tải

Trang 38

Hình 2.16 Động cơ bước từ trở biến đổi – Động cơ bước nam châm vĩnh cửu: có rôto là nam châm vĩnh cửu, stato là các cuộn dây pha với đặc điểm hai cuộn dây đối diện nhau khác cực tính Đây là điểm khác biệt cơ bản giữa động cơ bước loại biến từ trở và nam châm vĩnh cửu Khi cấp điện cho một cuộn dây pha, cuộn dây đó trở thành nam châm điện, chính tương tác từ giữa nam châm điện này và nam châm vĩnh cửu của rôto làm cho rôto quay đến vị trí thích hợp Muốn động cơ quay liên tục thì cấp ngắt điện luân phiên các cuộn dây pha Hình 2.17 mô

tả khá chi tiết cách thức hoạt động của loại động cơ này

Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Trang 39

– Động cơ bước nam châm vĩnh cửu được chia làm 3 loại nhỏ là động cơ đơn

cực, động cơ lưỡng cực và động cơ nhiều pha

– Động cơ bước đơn cực: là một dạng động cơ nam châm vĩnh cửu có sơ đồ đấu dây như hình 2.18, với một đầu nối trung tâm trên các cuộn dây Khi sử

dụng, các đầu nối trung tâm đấu với cực dương của nguồn cấp và hai đầu còn lại nối đất để đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn dây Loại động cơ này

có thể là 6 dây (hoặc 5 dây- nhập 2 dây power 1 và power 2 thành một dây duy nhất) và loại 8 dây

Hình 2.18 Động cơ bước đơn và loại đơn cực 8 dây

– Nguyên lý hoạt động được mô phỏng bằng hình 3.17, ở đây các cực của

cuộn dây tạo ra bằng cách lần lượt cấp xung như sau: 1a, 2a, 1b, 2b thì động cơ quay hết một vòng với mỗi bước là 900

– Động cơ bước lưỡng cực: có cấu trúc và nguyên lý hoạt động giống như động cơ đơn cực, tuy nhiên hai mấu của cuộn dây đấu đơn giản hơn, không

có đầu nối trung tâm (Hình 2.16) Động cơ thì đơn giản hơn nhưng mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực thì phức tạp hơn Nói chung về nguyên

tắc điều khiển thì tương tự động cơ đơn cực, bằng cách cấp xung lần lượt cho các pha Tuy nhiên khác với động cơ đơn cực là dòng điện chỉ chạy theo một chiều nhất định qua các cuộn dây, còn đối với động cơ lưỡng cực

phải đảo chiều dòng điện chạy qua cuộn dây để đảo cực từ Để điều khiển động cơ lưỡng cực thường dùng dạng cầu H cho mỗi pha (trình bày ở mục

Mạch điều khiển cho động cơ lưỡng cực - mạch cầu H)

Trang 40

Hình 2.19 Động cơ bước lưỡng cực – Động cơ lưỡng cực thường có loại 4 dây (hình 2.19), 6 dây và 8 dây (hình 2.20) Đối với loại lưỡng cực 8 dây thì có 2 dạng: mắc nối tiếp và mắc song song Dạng mắc nối tiếp có cuộn dây với độ tự cảm cao hơn nhưng dòng điện có cường độ thấp hơn, đối với dạng mắc song song thì ngược lại

Hình 2.20 Động cơ lưỡng cực loại 6 dây và 8 dây – Động cơ nhiều pha: động cơ nam châm vĩnh cửu nhiều pha với các cuộn dây mắc nối tiếp nhau thành một vòng kín như hình 2.21, phổ biến là dạng

3 pha và 5 pha Bộ điều khiển cần nửa cầu H cho mỗi đầu ra của động cơ,

những động cơ này có thể cung cấp momen xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bước khác có cùng kích thước Một vài động cơ 5 pha có thể xử lý

cấp cao để có bước 0.72 độ (500 bước/vòng)

Tiêu đề	Thiết Kế, Chế Tạo Máy Tôi CNC Cao Tần
Tác giả	Lê Trung Hiếu, Trương Cát Mẫn, Võ Hồng Phúc, Phạm Thanh Tú, Trình Ngọc Nam
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Văn Sơn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ chế tạo máy
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	142
Dung lượng	9,03 MB