Bài giảng Truyền động và điều khiển máy CNC: Chương 2

3/10/2021

Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC (Driving and control for CNC machine tool)

Đường Công Truyền

Chương 2:

Máy công cụ CNC (CNC machine tool)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ truyền thống và máy CNC

➢ Giống nhau về kết cấu gồm:

– Thân máy

– Đế máy

– Bàn trượt

– Đầu trục chính, …

Máy công cụ truyền thống và máy CNC

➢ Khác nhau:

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ truyền thống và máy CNC

➢ Khác nhau:

Kết cấu cơ bản một máy CNC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Hình ảnh kết cấu một số máy CNC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Hình ảnh kết cấu một số máy CNC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Hình ảnh kết cấu một số máy CNC

Quy trình gia công chi tiết trên máy CNC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Kết cấu cơ bản một máy công cụ CNC

- Thiết bị nhập (input device)

- Hệ điều khiển máy (machine control unit)

- Máy công cụ (machine tool)

- Hệ thống truyền động (driving system)

- Thiết bị phản hồi (feedback devices)

- Thiết bị hiển thị (display unit)

Thiết bị nhập – input device -Đĩa mềm (floppy disk drive): được sử dụng đến 1970s, hiện nay không còn được sử dụng do việc lưu trữ dữ liệu thấp và dễ bị hỏng

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Thiết bị nhập – input device -Cổng nối tiếp (serial communication port): sử dụng chuẩn EIA standard RS-232, được sử dụng trên các hệ thống DNC và DNC II EIA: Electronic Industries Alliance – Liên minh doanh nghiệp điện tử ( từ năm 1997 đổi thành Electronic Industries Association – Hiệp hội doanh nghiệp điện tử) là một tiêu chuẩn và tổ chức thương mại bao gồm liên minh các hiệp hội thương mại của các nhà sản xuất thiết bị điện tử tại Mỹ. Họ đã phát triển các tiêu chuẩn để đảm bảo thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau có thể tương thích và hoán đổi thay thế lẫn nhau Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

- Truyền dữ liệu thông qua cổng nối tiếp trên hệ thống DNC II

TS. Đường Công Truyền

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Thiết bị nhập – input device -Mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet (ethernet communication cable): hiệu quả và tin cậy, ngày càng phổ biến trên các hệ điều khiển máy CNC

LAN: Local Area Network-mạng máy tính cục bộ: là một hệ thống mạng dùng để kết nối máy tính trong một phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường học, …). Các máy tính trong mạng LAN có thể chia sẻ tài nguyên với nhau, mà điển hình là chia sẻ tập tin, máy in, máy quét, và một số thiết bị khác

- Truyền dữ liệu thông qua mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet trên hệ thống DNC II

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Thiết bị nhập – input device

-USB (USB flash drive): lưu được dữ liệu lớn, ngày càng phổ biến trên các hệ điều khiển máy CNC

USB: Universal Serial Bus: là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính. USB sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính với tính năng nối và ngắt các thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống.

Thiết bị nhập – input device

-Lập trình hội thoại (conversational programming): thao tác trực tiếp trên giao diện máy, hiệu quả cho việc lập trình gia công chi tiết tương đối đơn giản đến 2,5 trục

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Hệ điều khiển máy - machine control unit

MCU Là trái tim của hệ điều khiển CNC gồm 2 bộ phận:

• Bộ xử lý dữ liệu (data processing unit - DPU): có nhiệm vụ biên dịch và mã hóa chương trình gia công thành ngôn ngữ máy, sau đó thực hiện nội suy chuyển động

• Bộ điều khiển hệ truyền động (control loop unit - CLU): dữ liệu từ DPU được chuyển sang tín hiệu điện truyền đến CLU để điều khiển hệ thống truyền động. Ví dụ ON/OFF trục chính, ON/OFF dung dịch trơn nguội, …

Hệ thống truyền động – driving system

Bao gồm các loai động cơ truyền động:

• Động cơ servo: DC Servo và AC servo • Động cơ bước - stepping motor • Động cơ tuyến tính – linear motor • Động cơ thủy lực – hydraulic motor

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Thiết bị phản hồi – feedback devices

Bao gồm các loại cảm biến: potentionmeter, tachometer, encoder, resolver

Thiết bị hiển thị - display unit Để tương tác giữa người vận hành và máy cũng như để hiển thị các thông số gia công như: số vòng quay trục chính, tốc độ tiến dao, vị trí dụng cụ cắt, …

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ - machine tool

• Thân và đế máy

– Vật liệu: gang có độ bền nén cao – Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng

cho máy

– Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ

của trục chính và nhiều hệ thống khác

• Yêu cầu

– Có độ cứng vững cao – Có các thiết bị chống rung động – Ổn định về nhiệt

• Mục đích

– Đảm bảo độ chính xác cao khi gia công

Máy công cụ

• Bàn máy, bàn xoay

– Là nơi gá đặt chi tiết hay đồ gá – Sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy giúp cho máy CNC có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp

– Trên các trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy có dạng xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, 5 của máy CNC

• Yêu cầu

– Có độ ổn định, cứng vững , được điều khiển

chuyển động một cách chính xác

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ

• Bàn máy, bàn xoay

Máy công cụ - Các loại bàn xoay

• Bàn xoay tiêu chuẩn trục ngang (a): dùng để gá đặt chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm trục chính

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

(b)

(a)

• Bàn xoay tiêu chuẩn trục đứng (b)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ - Các loại bàn xoay

• Bàn xoay có động cơ lắp sau (c): nhằm hạn chế sự

rung động khi máy đang làm việc

(d)

(c)

• Bàn xoay có lỗ trục chính lớn (d): gia công phôi dài,

ống

Máy công cụ - Các loại bàn xoay

• Bàn xoay nhiều trục chính (e): cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết  gia công hàng khối

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

(e)

(f)

• Bàn xoay nghiêng (f): gia công các bề mặt

nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ - Các loại bàn xoay

• Bàn xoay nghiêng:

Máy công cụ - Lập trình gia công với bàn xoay

• Bàn xoay không nghiêng: trục thứ 4

• Bàn xoay nghiêng: trục thứ 4 và thứ 5

• Tùy theo định nghĩa của nhà sản xuất mà các trục

này có thể có tên là A và B

• G90 G00 A90.: trục A của bàn xoay quay nhanh đến vị trí góc 90 độ theo chiều kim đồng hồ trong hệ tọa độ tuyệt đối

• G91 G00 B-180.: trục B của bàn xoay quay nhanh

đến vị trí góc 180 độ theo ngược chiều kim đồng hồ trong hệ tọa độ tương đối

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ - Ứng dụng bàn xoay

• Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính

vạn năng cho máy CNC

• Gia công:

– Các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập,

khuôn ép …)

– Cắt ren vít trong và ngoài – Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng

thẳng hoặc xoắn

– Cắt rãnh thẳng và xoắn – Các bề mặt nghiêng Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

Máy công cụ

• Cụm trục chính: là nơi lắp dụng cụ (hay phôi), chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công

Cụm trục chính máy tiện CNC

TS. Đường Công Truyền

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ • Cụm trục chính máy phay CNC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Máy công cụ • Cụm trục chính máy phay CNC

Máy công cụ

• Lắp trục chính lên thanh dẫn hướng trên máy

phay đứng (a, b) và ngang (c)

(c)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Cơ cấu dẫn hướng thẳng

Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw)

• Chuyển động quay của động cơ được chuyển đổi thành chuyển động thẳng của bàn máy nhờ bộ truyền vítme-đai ốc bi

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw)

➢ Truyền động bàn máy dùng Vít me-đai ốc bi

Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw)

• Đối với truyền động chạy dao trên máy CNC, dùng

một cặp đai ốc trên bộ truyền vítme-bi

• Nhờ cặp đai ốc ghép căng theo chiều trục có thể khử được khe hở giữa vítme và đai ốc mà không làm tăng ma sát

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw)

• Ưu điểm:

– Ma sát rất nhỏ – Ít bị mòn – Độ chính xác cao – Độ tin cậy cao – Khả năng truyền tải lớn

• Nhược điểm:

– Có độ giảm chấn thấp

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng (Guideway)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng (Guideway)

➢ Dẫn hướng bàn máy phay CNC

Khớp nối - Coupling

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Khớp nối - Coupling

• Khớp nối dùng để nối và truyền mô men xoắn giữa

hai trục với nhau

• Sai lệch giữa hai trục (sai lệch dọc trục (axial

offset),sai lệch hướng kính (radial offset), và sai lệch góc (angular offset)) có thể được hiệu chỉnh thông qua khớp nối

• Có hai loại khớp nối là khớp nối cứng (Torsionally

stiff shaft couplings) và khớp nối đàn hồi (Torsionally flexible shaft couplings)

Khớp nối - Coupling • Sai lệch giữa hai trục có thể hiệu chỉnh thông qua khớp nối

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Khớp nối cứng

Khớp nối cứng • Dùng Schmidt coupling để khử sai lệch hướng

kính lớn

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Khớp nối đàn hồi

Khớp nối trong truyền động máy CNC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Khớp nối trong truyền động máy CNC

Khớp nối - Coupling

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Khớp nối - Coupling

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Động cơ trong truyền động máy công cụ cnc

Động cơ trong truyền động máy CNC

Động cơ truyền động chạy dao CNC

Điện

Thủy lực

Động cơ bước

Động cơ thủy tĩnh

Động cơ servo 1 chiều

Động cơ bước- điện-thủy lực

Động cơ servo 2 chiều

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

So sánh các dạng động cơ

Động cơ bước – stepping motor

• Cung cấp điều khiển số không phản hồi về vị trí của bàn

máy

• Tín hiệu vào: chiều quay và tín hiệu xung điện • Tín hiệu ra: cường độ hoăc điện thế làm  động cơ quay 1

góc (one step)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Động cơ bước – stepping motor

Điều khiển đầy bước (full step)

• Điều khiển cường độ dòng điện cung cấp lần lược cho từng cuộn dây trên Stator  có được vị trí chính xác tương ứng của Roto

• Động cơ bước tiêu chuẩn với góc 1.8

độ được sử dụng rộng rãi

Độ phân giải của trục vít dẫn động

(bước vít mm/vòng)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Ví dụ 1

• Một stepping motor có N = 150 pulse/rev, được

dẫn động bằng trục vít có bước l = 0.2 in/rev. Nếu motor nhận được số xung là n = 2250 pulses. Tìm:

• Khoảng dịch chuyển theo trục x

• Tần số xung f, với tốc độ bàn máy là 16 in./min

GIẢI x = l(n/N) = (0.2)(2250)/150 = 3" 16 = 0.2 (RPM)  RPM = 80 f = (150) (80)/60 = 200 Hz

Điều khiển vi bước (micro step)

• Điều khiển cường độ dòng điện cung cấp đồng thời cho các cuộn dây trên Stator  có được vị trí của Roto ở các vị trí trung gian cuả các cuộn dây tương ứng

• Điều khiển vi bước được sử dụng khi yêu cầu độ phân giải

cao hơn

• Vi bước thường sử dụng: 1/10, 1/16, 1/32, 1/125

• Độ phân giải:

m: Số vi bước trong 1 bước đầy

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Ưu điểm động cơ bước

• Giá thành rẽ

• Có thể điều khiển mạch hở

• Duy trì mômen tốt (không cần thắng, biến tốc)

• Mômen xoắn cao ở tốc độ thấp

• Chi phí bảo dưỡng thấp (không chổi quét)

• Định vị chính xác

• Không phải điều chỉnh các thông số điều khiển

Nhược điểm động cơ bước

• Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc

độ thấp

• Dòng điện tiêu thụ không phụ thuộc vào tải

• Kích cở hạn chế

• Làm việc ồn

• Mômen giảm theo tốc độ

• Không có phản hồi nên dễ xảy ra sự cố

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Động cơ servo

• Sự khác nhau cơ bản nhất giữa động cơ servo so với động cơ bước là động cơ servo có mạch điều khiển kín

Động cơ servo

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Động cơ servo

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Động cơ servo

➢Phân loại:

• Động cơ DC servo • Động cơ AC servo: đồng bộ + cảm ứng

Điều khiển động cơ Servo

• Để quay động cơ, tín hiệu số được gửi đến mạch điều khiển làm khởi động động cơ thông qua chuỗi bánh răng

• Động cơ servo được thiết kế để quay có giới

hạn (không giống như động cơ Điện hay động cơ Bước)

• Công dụng chính của động cơ servo là đạt

được góc quay chính xác trong khoảng 900 - 1800

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Điều khiển động cơ Servo • Trục động cơ servo được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là điều khiển biên độ rộng xung (PWM-Pulse Width Modulated)

• Để điều khiển servo quay theo các góc cố định thì chip điều

khiển phải phát xung với độ rộng từ 1ms đến 2ms

Ví dụ 2

• Một bàn máy được dẫn động bằng servo motor (150

pulse/rev.) qua vít me-đai ốc bi (l = 0.2 in/rev ). Vít me nối với motor qua hộp giảm tốc có tỉ số truyền 1:4. Số xung nhận được từ bộ điều khiển là n = 2250 pulses và tần số xung 200 Hz. Tìm: • Tốc độ bàn máy • Tốc độ motor, in./min • Khoảng dịch chuyển bàn máy

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

GIẢI RPM trục vít = (60)(200)/(150) = 80 RPM của motor = 320 x = l(n/N) = (0.2) (2250)/(150) = 3"

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Động cơ servo

➢Ưu điểm:

• Mômen trên trục đều hơn (high intermittent

torque)

• Tốc độ cao hơn (high speeds)

• Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn

(work well for velocity control)

• Nhiều kích cở hơn (available in all sizes)

• Làm việc êm hơn (quiet)

• Độ chính xác cao hơn

Động cơ servo

➢Nhược điểm: • Đắt tiền hơn

• Yêu cầu phải có hệ thống phản hồi (không làm

việc ở chế độ mạch hở)

• Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số điều khiển

• Bảo dưỡng tốn kém, đặc biệt là động cơ DC servo

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Động cơ thủy lực

điều khiển lưu lượng và áp suất

Hệ thống điều khiển động cơ thủy lực

Động cơ thủy lực

• Ưu điểm

• Có hệ số khuếch đại cao • Dùng cho các máy có công suất lớn • Có khả năng chống quá tải

• Nhược điểm

• Cần đảm bảo dầu luôn sạch, không tạp chất • Lực và sự chuyển động phụ thuộc độ nhớt • Độ nhớt phụ thuộc nhiệt độ  cần hệ thống lọc

và làm mát dầu

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Thiết bị phản hồi trong truyền động máy công cụ CNC

Các thiết bị phản hồi

• Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì

chúng ta nhất thiết phải đo được góc quay của motor

• Phương pháp dùng để xác định góc quay của motor: biến trở xoay, tachometer, hoặc dùng encoder, resolver

• Dùng biến trở xoay, tachometer, resolver: phương

pháp tương tự (analog)

• Dùng optical encoder: phương pháp số (digital)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Biến trở - Potentionmeter

• Là một bộ chia điện áp

• Dùng để đo dịch chuyển thẳng hoặc chuyển động quay

• Chuyển động cơ học sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm

biến

• Tầm đo: ~10 m

Biến trở - Potentionmeter

• Nguyên lý làm viêc:

– Con chạy sẽ được nối với vật cần đo dịch chuyển

– Vật dịch chuyển sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm biến

– Cấp điện DC cho cảm biến  điện áp ngõ ra sẽ tỉ lệ với

khoảng dịch chuyển

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Biến trở - Potentionmeter

➢Ưu điểm

• Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

• Mạch điện xử lý đơn giản

• Điện áp ngõ ra lớn

➢Nhược điểm

• Độ chính xác giới hạn (khoảng 1%)

• Tuổi thọ thấp

• Cọ xát gây mòn và sinh ra tiếng ồn

• Chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường (bụi, ẩm, …)

Cảm biến vận tốc - Tachometer

❖ Tachometer để đo lường vận tốc góc của trục quay

(còn gọi là bộ phát tốc)

❖ Có thể dùng bộ phát tốc DC, AC, xung

❖ Kỹ thuật phổ biến là gắn nam châm trên trục quay. Khi nam châm di chuyển qua lõi cảm biến cố định, dòng điện được sinh ra.

❖ Mỗi vòng xoay của trục sẽ tạo ra một xung điện

áp, xử lý tín hiệu xung này ta sẽ biết được tốc độ quay

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Cảm biến vận tốc - Tachometer

Đo tốc độ động cơ dùng techometer

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Cảm biến vị trí – Encoder

• Encoder dùng để đo lường dịch chuyển góc hoặc thẳng và chuyển đổi thành tín hiệu nhị phân (tín hiệu số)  xác định chính xác vị trí trục hoặc bàn máy

• Trong máy CNC, chuyển động từ động cơ 

vít me đai ốc bi  bàn máy.

• Vị trí bàn máy được xác định nhờ encoder lắp

trong cụm truyền dẫn

Cảm biến vị trí – Encoder

(Encoder Điện dung)

(Encoder Từ)

(Encoder Bán dẫn)

(Encoder Quang)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Phân loại Optical encoder

• Encoder thẳng (linear optical encoder):

Encoder thẳng trên máy đo 3 chiều CMM-Mitutoyo TS. Đường Công Truyền

Phân loại Optical encoder

• Encoder quay (rotary encoder):

• Encoder tuyệt đối (absolute rotary encoder) • Encoder gia số (incremental rotary encoder)

incremental rotary encoder

absolute rotary encoder Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Phân loại Optical encoder

absolute rotary encoder

incremental rotary encoder

Nguyên lý làm việc của Encoder

NGUỒN PHÁT

NGUỒN THU

đĩa tròn xoay (có các lỗ) quay quanh trục

• Khi trục quay, trường hợp đĩa chỉ có một lỗ, mỗi lần nguồn

thu nhận được tín hiệu  đĩa quay được một vòng

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Nguyên lý làm việc của Encoder

• Tuy nhiên, vấn đề được đặt ra là làm sao để xác định chính xác hơn vị trí của đĩa quay (mịn hơn) và làm thế nào để xác định được đĩa đang quay theo chiều nào?

Encoder tuyệt đối

• Ta cần quan tâm là về độ mịn của encoder, có

nghĩa là làm thế nào biết đĩa đã quay 1/2 vòng, 1/4 vòng, 1/8 vòng hay 1/n vòng, chứ không phải chỉ biết đĩa đã quay được một vòng

• Xét một số nhị phân có 2 chữ số  sẽ có 4

trạng thái (00, 01, 10, 11)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Encoder tuyệt đối

•  với 2 chữ số, có thể chia đĩa encoder thành

4 (22) phần bằng nhau

• Khi đĩa quay, chúng ta sẽ xác định được độ

chính xác đến 1/4 (1/22) vòng

• Tương tự như vậy, nếu với một số có n chữ số, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/2n vòng

• Thế làm sao để xác định 2n trạng thái này của

đĩa encoder?

Encoder tuyệt đối

• Xét đĩa encoder có 2 vòng đĩa • Ở vòng trong cùng, có một rãnh

rộng bằng 1/2 đĩa. Vòng phía ngoài, sẽ có 2 rãnh nằm đối diện nhau •  cần 2 đèn led để phát xuyên

qua 2 vòng lỗ, và 2 đèn thu

• Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (trong cùng), đèn đọc đang nằm ở vị trí có lỗ  tín hiệu nhận được là 1. Và vòng lỗ thứ hai, đèn đọc đang ở vị trí không có lỗ  tín hiệu nhận được là 0

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Encoder tuyệt đối

• Như vậy, với số 10, ta xác định được encoder đang nằm ở góc phần tư nào, (hay ta quản lý được độ chính xác của đĩa quay đến 1/4 vòng)

Encoder tuyệt đối • Nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ, thì ta sẽ quản lý

được đến 1/(2^10) tức là đến 1/1024 vòng

• Hay người ta nói là độ phân giải của encoder là 1024 xung trên vòng (pulse per revolution - ppr)

abosulte encoder 8 vòng lỗ

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Cách thiết kế Encoder tuyệt đối

• Để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta luôn vẽ sao cho bit thứ n (đối với encoder có n vòng lỗ) nằm ở trong cùng, có nghĩa là lỗ lớn nhất có góc rộng 180 độ, nằm trong cùng.

• Lý do: vì bit 0 sẽ thay đổi liên tục mỗi 1/2^n vòng

quay  cần rất nhiều lỗ. Nếu đặt ở trong thì không thể nào vẽ được (do bán kính nhỏ hơn). Ngoài ra, nếu đặt ở trong, thì về kết cấu cơ khí, nó quá gần trục, và quá nhiều lỗ sẽ rất yếu

Encoder tuyệt đối

• Ưu điểm: khi góc quay nhỏ và động cơ không quay nhiều vòng. Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng vì chỉ cần đọc giá trị là biết được vị trí góc của trục quay

• Nhược điểm:

• Cần quá nhiều vòng lỗ, dẫn tới giới hạn về kích

thước của encoder

• Nếu động cơ quay nhiều vòng, cần xử lý để đếm số vòng quay của trục  Dùng encoder gia số

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền

3/10/2021

Encoder gia số

• Incremental encoder sẽ tăng 1 đơn vị khi một

lần lên xuống của cạnh xung

Mỗi lần quay qua một lỗ thì encoder sẽ tăng một đơn vị trong biến đếm

• Vấn đề là làm sao để biết được encoder quay

hết một vòng?