Khóa Luận: Ứng Dụng AC Servo trong Điều Khiển Máy CNC 3 Trục - Đại Học Công Nghiệp TP.HCM

Khám phá ứng dụng ac servo trong điều khiển máy CNC 3 trục. Khóa luận tốt nghiệp phân tích chi tiết, giúp bạn hiểu rõ nguyên lý và cách thức hoạt động.

• Tác giả: Nguyễn Văn Danh
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Thanh Quyền
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Điện
• Đề tài: Ứng Dụng Ac Servo Trong Điều Khiển Máy Cnc 3 Trục
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp.HCM

Mục lục chi tiết

• NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
• DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.3. GIỚI HẠN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
• 1.4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CNC
• 2.1. KHÁI NIỆM MÁY CNC
• 2.2. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY CNC
• 2.3. BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 2.4. MÁY CNC THỰC TẾ SỬ DỤNG AC SERVO MOTOR
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ SERVO
• 3.1. SERVO LÀ GÌ?
• 3.2. ỨNG DỤNG CỦA SERVO
• 3.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.3.1. Điều khiển vòng hở
• 3.3.2. Điều khiển vòng kín
• 3.4. GIỚI THIỆU VỀ ENCODER
• 3.5. ĐỘNG CƠ AC SERVO HK-KFS-13 VÀ DRIVER MR-J2S-10A
• 3.5.1. Giới thiệu Driver MR-J2S-40A
• 3.5.2. Động cơ servo HC-KFS43
• 3.5.3. Sơ đồ kết nối
• 3.5.3.1. Kết nối ngoại vi
• 3.5.3.2. Tên tín hiệu và ký hiệu
• 3.5.3.3. Thủ tục cài đặt tham số
• 3.5.3.4. Ngừng chế độ Jog
• 3.5.3.5. Cấu hình hệ thống
• 3.5.4. Cài đặt thông số
• 3.5.5. Tỷ số electronic gear (Servo Amplifier)
• 3.5.6. Tần số xung điều khiển và tốc độ hoạt động lớn nhất
• 3.5.7. Hệ thống đơn vị
• 3.6. ĐỘNG CƠ AC SERVO MSMA042A1E VÀ DRIVER MSDA043A1A
• 3.6.1. Giới thiệu về động cơ MSMA042A1E
• 3.6.2. Driver MSDA043A1A
• 3.6.3. Sơ đồ kết nối
• 3.7. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ AC SERVO VÀ DRIVER MITSUBISHI MELSEC
• 3.7.1. ĐỘNG CƠ AC SERVO
• 3.7.2. DRIVER MITSUBISHI MELSEC
• 3.7.3. Sơ đồ kết nối
• 3.7.3.1. CN1A: Dây tín hiệu
• 3.7.3.2. Sơ đồ chân CN1
• 3.7.3.3. Mô tả chi tiết CN1
• 3.7.3.4. Sơ đồ tổng quan hàn chân
• 3.7.4. Những lỗi thường gặp
• 4. CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU PLC
• 4.1. GIỚI THIỆU PLC DÒNG Q-CPU
• 4.2. ỨNG DỤNG CỦA PLC
• 4.3. MODULE INPUT VÀ OUTPUT
• 5. CHƯƠNG 5: SƠ LƯỢC PHẦN CỨNG
• 5.1. CƠ CẤU PHẦN CỨNG
• 5.2. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG 3 TRỤC
• 5.3. THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN
• 6. CHƯƠNG 6: PHẦN MỀM GX WORK2
• 6.1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
• 6.2. CẤU TRÚC TRONG MÀN HÌNH GX WORK2
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá hệ thống điều khiển CNC 3 trục bằng AC Servo

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tự động hóa sản xuất đóng vai trò then chốt, và máy CNC (Computerized Numerical Control) là một công nghệ không thể thiếu. Việc điều khiển CNC 3 trục bằng AC Servo đã trở thành một giải pháp ưu việt, mang lại độ chính xác và hiệu suất vượt trội cho các quy trình gia công cơ khí chính xác. Hệ thống này sử dụng động cơ AC servo để điều khiển chuyển động tuyến tính của ba trục X, Y, Z một cách đồng bộ. Khác với động cơ bước (stepper motor) hoạt động theo vòng hở, hệ thống AC servo vận hành dựa trên một hệ thống điều khiển vòng kín, sử dụng tín hiệu phản hồi từ encoder để liên tục hiệu chỉnh vị trí, đảm bảo độ chính xác gần như tuyệt đối. Khóa luận tốt nghiệp “Ứng dụng AC servo trong điều khiển máy CNC 3 trục” của Nguyễn Văn Danh và Huỳnh Hồng Mơ (2018) đã đi sâu vào việc nghiên cứu và triển khai một mô hình thực tiễn, sử dụng bộ điều khiển CNC kết hợp với PLC điều khiển servo dòng Mitsubishi Q-CPU. Đề tài này không chỉ là một tài liệu học thuật giá trị mà còn cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc tích hợp phần cứng, cài đặt tham số cho driver servo, và lập trình điều khiển, mở ra hướng ứng dụng thực tế cho sinh viên và kỹ sư ngành tự động hóa.

1.1. Tầm quan trọng của tự động hóa sản xuất trong cơ khí

Ngành sản xuất cơ khí hiện đại đòi hỏi sự linh hoạt và khả năng tự động ngày càng cao. Việc đưa vào sử dụng các máy gia công kỹ thuật số như máy phay CNC 3 trục là điều kiện tiên quyết. Công nghệ này thay thế các phương pháp gia công truyền thống, giảm thiểu sai sót do con người, tăng năng suất và cho phép sản xuất các chi tiết phức tạp với dung sai cực nhỏ. Tự động hóa sản xuất không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

1.2. So sánh động cơ AC servo và động cơ bước stepper motor

Sự lựa chọn giữa động cơ AC servo và động cơ bước (stepper motor) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất máy CNC. Động cơ bước có chi phí thấp hơn, điều khiển đơn giản hơn nhưng hoạt động theo vòng hở, dễ bị mất bước khi gặp tải trọng lớn hoặc thay đổi đột ngột, dẫn đến sai lệch gia công. Ngược lại, động cơ AC servo sử dụng hệ thống điều khiển vòng kín với encoder phản hồi, cho phép duy trì momen xoắn cao ở tốc độ lớn, không bị mất bước và đạt độ chính xác vượt trội. Đây là lý do AC servo là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng yêu cầu gia công cơ khí chính xác cao.

1.3. Tổng quan nội dung khóa luận tốt nghiệp CNC liên quan

Đề tài khóa luận tốt nghiệp CNC “Ứng dụng AC servo trong điều khiển máy CNC 3 trục” đặt ra mục tiêu rõ ràng: tìm hiểu và điều khiển thành công động cơ AC servo, cài đặt thông số cho driver servo, và lập trình cho module PLC Q02HCPU. Khóa luận mô phỏng một thiết kế máy CNC dạng compact, tích hợp các module điều khiển vị trí, servo driver, và PLC. Kết quả của đề tài cung cấp một nền tảng kiến thức vững chắc về công nghệ điều khiển chuyển động, giúp sinh viên làm chủ công nghệ và sẵn sàng cho môi trường làm việc thực tế.

II. Thách thức khi tích hợp AC Servo vào máy CNC 3 trục

Việc triển khai hệ thống điều khiển CNC 3 trục bằng AC Servo không phải là một quá trình đơn giản. Nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức cơ khí, điện tử và lập trình. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo sự đồng bộ tuyệt đối giữa ba trục chuyển động. Sai lệch nhỏ trong tín hiệu điều khiển hoặc độ trễ trong phản hồi có thể dẫn đến sai hỏng sản phẩm. Việc lựa chọn và cấu hình driver servo cho từng động cơ AC servo cũng là một bài toán phức tạp. Các thông số như tỷ số bánh răng điện tử (electronic gear ratio), gain của bộ điều khiển PID phải được tinh chỉnh chính xác để hệ thống hoạt động ổn định, không bị rung giật (oscillation) hay vọt lố (overshoot). Hơn nữa, việc xử lý tín hiệu từ encoder tương đối hoặc encoder tuyệt đối đòi hỏi bộ điều khiển CNC phải có khả năng xử lý tốc độ cao. Theo tài liệu nghiên cứu, các lỗi thường gặp như AL32 (Quá dòng), AL31 (Quá tốc độ), hay AL16 (Lỗi encoder) là những vấn đề mà kỹ sư phải đối mặt và khắc phục trong quá trình vận hành, đòi hỏi sự am hiểu sâu sắc về cả phần cứng và phần mềm.

2.1. Vấn đề đồng bộ hóa trong điều khiển chuyển động đa trục

Điều khiển chuyển động đa trục yêu cầu một thuật toán nội suy phức tạp để tạo ra quỹ đạo di chuyển mượt mà. Bất kỳ sự thiếu đồng bộ nào giữa các động cơ AC servo sẽ làm hỏng bề mặt gia công. PLC điều khiển servo hoặc các bộ điều khiển chuyên dụng phải có khả năng xử lý và phát xung điều khiển đến các driver servo với độ trễ gần như bằng không, đảm bảo cả ba trục di chuyển đúng theo biên dạng được lập trình trong G-code.

2.2. Sự phức tạp của hệ thống điều khiển vòng kín và PID

Bản chất của hệ thống điều khiển vòng kín là liên tục so sánh vị trí thực tế (từ encoder) với vị trí mong muốn (từ lệnh) và tạo ra tín hiệu sai số để hiệu chỉnh. Thuật toán điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) là trái tim của quá trình này. Việc tinh chỉnh các thông số P, I, D là một công việc đòi hỏi kinh nghiệm, ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian đáp ứng, độ ổn định và độ chính xác của hệ thống. Cài đặt sai có thể gây ra dao động hoặc phản ứng chậm, làm giảm chất lượng gia công.

2.3. Lập trình G code và giao tiếp với bộ điều khiển CNC

Chương trình gia công được viết bằng lập trình G-code, chứa các lệnh điều khiển chuyển động (G0, G1, G2, G3), tốc độ trục chính (S), và các chức năng phụ (M). Bộ điều khiển CNC, có thể là một máy tính công nghiệp chạy phần mềm như phần mềm Mach3 hoặc LinuxCNC, hoặc một PLC chuyên dụng, phải có nhiệm vụ phiên dịch các lệnh G-code này thành chuỗi xung điều khiển chính xác cho các driver servo. Việc đảm bảo giao tiếp thông suốt và không lỗi giữa phần mềm và phần cứng là một thách thức kỹ thuật quan trọng.

III. Giải pháp phần cứng cho hệ thống điều khiển AC Servo

Để xây dựng một hệ thống điều khiển CNC 3 trục bằng AC Servo hiệu quả, việc lựa chọn và kết nối phần cứng là bước nền tảng. Trọng tâm của hệ thống là sự kết hợp giữa động cơ AC servo, driver servo và bộ điều khiển CNC. Trong khóa luận tham khảo, nhóm tác giả đã sử dụng các động cơ AC servo của Mitsubishi như HC-KFS43 và driver MR-J2S-10A, cùng với bộ điều khiển trung tâm là PLC điều khiển servo Mitsubishi dòng Q (Q02HCPU). Lựa chọn này đảm bảo tính tương thích và đồng bộ cao trong hệ sinh thái của cùng một nhà sản xuất. Động cơ HC-KFS43 có độ phân giải encoder lên đến 131072 xung/vòng, cung cấp tín hiệu phản hồi cực kỳ chi tiết, là cơ sở cho việc điều khiển vị trí chính xác. Driver servo MR-J2S-10A đóng vai trò là bộ khuếch đại công suất và bộ não điều khiển trực tiếp động cơ, nhận tín hiệu lệnh dạng xung và chiều từ PLC và thực thi chuyển động. Việc đấu nối phần cứng phải tuân thủ nghiêm ngặt sơ đồ của nhà sản xuất, đặc biệt là các chân tín hiệu điều khiển (như SON, LSP, LSN) và các chân tín hiệu phản hồi từ encoder, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và ổn định.

3.1. Lựa chọn động cơ AC servo và driver servo tương thích

Việc lựa chọn động cơ AC servo phải dựa trên yêu cầu về momen, tốc độ và quán tính của tải trên mỗi trục. Công suất động cơ phải đủ lớn để thắng lực cắt và gia tốc nhanh mà không bị quá tải. Driver servo phải có công suất tương ứng và hỗ trợ các chế độ điều khiển cần thiết (vị trí, tốc độ, momen). Tài liệu khóa luận đã minh họa chi tiết việc sử dụng động cơ HC-KFS43 (400W) và driver MR-J2S-10A, một sự kết hợp phổ biến cho các ứng dụng máy phay CNC 3 trục cỡ nhỏ và vừa.

3.2. Vai trò của PLC điều khiển servo trong hệ thống CNC

PLC điều khiển servo, cụ thể là dòng Q-CPU của Mitsubishi, đóng vai trò là bộ não trung tâm. Nó không chỉ thực hiện các logic điều khiển tuần tự (bật/tắt bơm dầu, thay dao) mà còn chứa các module phát xung tốc độ cao (High-Speed Pulse Output) để gửi tín hiệu lệnh đến các driver servo. Việc lập trình PLC bằng phần mềm như GX Works2 cho phép người dùng xây dựng các thuật toán điều khiển chuyển động phức tạp, đọc tín hiệu từ cảm biến và giao tiếp với màn hình HMI để vận hành.

3.3. Thiết kế máy CNC và kết cấu cơ khí 3 trục X Y Z

Phần cứng không chỉ bao gồm điện tử mà còn là kết cấu cơ khí. Một thiết kế máy CNC tốt phải có khung máy cứng vững, giảm thiểu rung động. Các trục chuyển động thường sử dụng vitme bi (ball screw) và ray trượt tuyến tính (linear guide) để chuyển đổi chuyển động quay từ động cơ AC servo thành chuyển động tịnh tiến với độ rơ (backlash) thấp nhất. Độ chính xác của kết cấu cơ khí ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác cuối cùng của sản phẩm gia công.

IV. Phương pháp lập trình và cài đặt tham số cho Driver Servo

Sau khi hoàn thiện phần cứng, bước tiếp theo là lập trình và cấu hình phần mềm để hệ thống điều khiển CNC 3 trục bằng AC Servo có thể vận hành. Quá trình này bao gồm hai công việc chính: cài đặt các tham số trên driver servo và lập trình logic điều khiển trên bộ điều khiển CNC (trong trường hợp này là PLC). Việc cài đặt tham số cho driver là cực kỳ quan trọng, quyết định đặc tính đáp ứng của động cơ. Một trong những tham số cốt lõi là tỷ số bánh răng điện tử (CMX/CDV), giúp quy đổi một xung lệnh từ bộ điều khiển thành một đơn vị chuyển động thực tế (ví dụ: 10µm/xung). Như được minh họa trong tài liệu, việc tính toán và cài đặt chính xác tỷ số này đảm bảo máy di chuyển đúng kích thước yêu cầu. Ngoài ra, việc tinh chỉnh các thông số của thuật toán điều khiển PID giúp tối ưu hóa hiệu suất, làm cho chuyển động mượt mà và dừng chính xác tại vị trí đích. Song song đó, việc lập trình trên PLC bằng phần mềm GX Works2 bao gồm việc cấu hình các ngõ ra phát xung, đọc tín hiệu về từ encoder, và xây dựng các khối hàm để thực thi các lệnh từ lập trình G-code.

4.1. Hướng dẫn cài đặt tỷ số bánh răng điện tử Electronic Gear

Tỷ số bánh răng điện tử trong driver servo là một tham số cơ bản nhưng vô cùng quan trọng. Nó xác định mối quan hệ giữa số xung lệnh đầu vào và số vòng quay của động cơ. Công thức tính toán thường liên quan đến độ phân giải của encoder (Pf), bước ren của vitme bi (PB), và độ phân giải lệnh mong muốn. Cài đặt đúng tham số này đảm bảo rằng khi bộ điều khiển CNC ra lệnh di chuyển 10mm, bàn máy sẽ di chuyển chính xác 10mm trên thực tế.

4.2. Giới thiệu phần mềm lập trình PLC GX Works2 và Mach3

Đối với hệ thống dựa trên PLC Mitsubishi, phần mềm GX Works2 là công cụ lập trình chính. Nó cung cấp môi trường để viết logic thang (Ladder Logic), cấu hình các module phần cứng, và gỡ lỗi chương trình. Đối với các hệ thống CNC dựa trên PC, phần mềm Mach3 hoặc LinuxCNC là những lựa chọn phổ biến. Các phần mềm này biến một máy tính thông thường thành một bộ điều khiển CNC mạnh mẽ, có khả năng đọc file lập trình G-code, hiển thị quỹ đạo dao và gửi tín hiệu điều khiển thời gian thực đến các driver servo thông qua cổng song song hoặc các card điều khiển chuyên dụng.

4.3. Mô phỏng hệ thống và quy trình kiểm tra vận hành

Trước khi vận hành thực tế trên phôi, việc mô phỏng hệ thống là bước cần thiết để kiểm tra tính đúng đắn của chương trình và cấu hình. Nhiều driver servo hiện đại, như MR-J2S-10A, có chế độ JOG (chạy thử bằng tay) cho phép kiểm tra chiều quay và hoạt động của từng động cơ riêng lẻ. Các phần mềm như Mach3 cũng có chế độ mô phỏng, cho phép xem trước đường chạy dao ảo. Quy trình kiểm tra vận hành bao gồm việc chạy không tải, kiểm tra các công tắc hành trình, nút dừng khẩn cấp và đảm bảo mọi thành phần trong hệ thống tự động hóa sản xuất đều hoạt động chính xác.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả từ khóa luận tốt nghiệp

Hệ thống điều khiển CNC 3 trục bằng AC Servo có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là gia công cơ khí chính xác. Nó được sử dụng để chế tạo khuôn mẫu, các chi tiết máy phức tạp, khắc laser, cắt plasma, và sản xuất các linh kiện điện tử. Độ chính xác và tốc độ cao của hệ thống servo cho phép tạo ra các sản phẩm có bề mặt mịn, dung sai chặt chẽ và chất lượng đồng đều. Khóa luận tốt nghiệp CNC của Nguyễn Văn Danh và Huỳnh Hồng Mơ đã minh chứng thành công cho việc ứng dụng này. Kết quả của đề tài là một mô hình máy CNC hoạt động ổn định, có khả năng điều khiển vị trí chính xác thông qua việc cài đặt thông số và lập trình trên PLC Mitsubishi. Mặc dù đề tài gặp giới hạn về kinh phí, không thể trang bị module nội suy QD75, nhưng đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu cơ bản: "Tìm hiểu và điều khiển được động cơ AC servo. Cài đặt các thông số cho driver servo" và "Tìm hiểu lập trình cho module Q02HCPU". Thành công của khóa luận này khẳng định rằng sinh viên có khả năng nắm bắt và làm chủ các công nghệ điều khiển chuyển động phức tạp, tạo tiền đề vững chắc cho công việc kỹ thuật trong tương lai.

5.1. Các sản phẩm từ máy phay CNC 3 trục sử dụng AC Servo

Máy phay CNC 3 trục sử dụng động cơ AC servo có thể tạo ra vô số sản phẩm. Trong ngành khuôn mẫu, nó dùng để gia công các bộ khuôn ép nhựa, khuôn dập với độ chính xác cao. Trong ngành gỗ, nó được dùng để chạm khắc các hoa văn 3D phức tạp. Trong ngành quảng cáo, máy được dùng để cắt chữ mica, alu. Khả năng lặp lại vị trí chính xác của servo đảm bảo rằng hàng loạt sản phẩm được sản xuất ra đều giống hệt nhau, đáp ứng yêu cầu của nền tự động hóa sản xuất hiện đại.

5.2. Đánh giá kết quả đạt được trong khóa luận tốt nghiệp CNC

Kết quả chính của khóa luận tốt nghiệp CNC là việc điều khiển thành công chuyển động của các trục máy CNC bằng động cơ AC servo thông qua PLC điều khiển servo. Sinh viên đã nắm vững cách đấu nối phần cứng, cài đặt các tham số quan trọng trên driver servo, và lập trình điều khiển vị trí. Đề tài đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng PLC Mitsubishi dòng Q cho các ứng dụng điều khiển vị trí đơn giản mà không cần đến các bộ điều khiển CNC chuyên dụng đắt tiền, mở ra một hướng tiếp cận hiệu quả về chi phí cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

5.3. Hướng phát triển tương lai cho công nghệ CNC và Servo

Công nghệ điều khiển chuyển động và CNC không ngừng phát triển. Trong tương lai, các hệ thống sẽ ngày càng thông minh hơn với việc tích hợp AI để tối ưu hóa đường chạy dao và tự động bù trừ sai số. Các driver servo thế hệ mới sẽ tích hợp sẵn nhiều chức năng an toàn hơn, thuật toán điều khiển tiên tiến hơn, và khả năng kết nối mạng công nghiệp (như EtherCAT) để tăng tốc độ truyền thông và giảm thiểu dây nối. Hướng nghiên cứu tiếp theo dựa trên khóa luận này có thể là tích hợp module nội suy chuyên dụng để thực hiện các chuyển động cong và phức tạp, hoặc phát triển giao diện điều khiển thân thiện hơn trên màn hình HMI.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG AC SERVO TRONG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 3 TRỤC SINH VIÊN : NGUYỄN VĂN DANH - 14067721 HUỲNH HỒNG MƠ - 14058561 LỚP: DHDKTD10A GVHD: TS. NGÔ THANH QUYỀN TP. HCM, NĂM 2018 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên được giao đề tài Nguyễn văn Danh, MSSV: 14067721 Huỳnh Hồng Mơ, MSSV:14058561 Tên đề tài ỨNG DỤNG AC SERVO TRONG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 3 TRỤC Nội dung + Tìm hiểu và điều khiển được động cơ AC servo. Cài đặt các thông số cho driver servo + Tìm hiểu plc Mitsubishi dòng Q + Tìm hiểu module input và output + Lập trình Gx work 2 Kết quả Điều khiển căn bản AC servo.

Giảng viên hướng dẫn Tp. HCM, tháng 6 năm 2018. Sinh viên I Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN. II Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN.

III Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN. II NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN. III DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ. VI CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. GIỚI HẠN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.

1 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CNC. KHÁI NIỆM MÁY CNC. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY CNC. BỘ ĐIỀU KHIỂN.

MÁY CNC THỰC TẾ SỬ DỤNG AC SERVO MOTOR. 5 CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ SERVO. ỨNG DỤNG CỦA SERVO. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.

GIỚI THIỆU VỀ ENCODER. ĐỘNG CƠ AC SERVO HK-KFS-13 VÀ DRIVER MR-J2S-10A. ĐỘNG CƠ AC SERVO MSMA042A1E VÀ DRIVER MSDA043A1A19 3.7 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ AC SERVO. VÀ DRIVER MITSUBISHI 21 CHƢƠNG 4 GIỚI THIỆU PLC .GIỚI THIỆU PLC DÕNG Q-CPU.

ỨNG DỤNG CỦA PLC. 29 IV Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ 4. MODULE INPUT VÀ OUTPUT. 39 CHƢƠNG 5: SƠ LƢỢC PHẦN CỨNG.

CƠ CẤU PHẦN CỨNG. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG 3 TRỤC. THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN. 46 CHƢƠNG 6: PHẦN MỀM GX WORK2.

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM. CẤU TRÖC TRONG MÀN HÌNH GX WORK2. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 55 V Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.

Khái niệm Hình 2. Máy CNC sử dụng AC servo trong thực tế Hình 3. động cơ servo và driver Hình 3. Một vài ứng dụng trong công nghiệp Hình 3.

Điều khiển vòng hở Hình 3. Điều khiển vòng kín Hình 3. Thành phần chính của encoder Hình 3. Tổng quan bộ driver servo Hình 3.

Động cơ AC servo HC-KFS43 Hình 3. Sơ đồ ngoại vi Hình 3. Sơ đồ kết nối các chân CN1A và CN1B Hình 3. Màn hình hiển thị cài đặt thông số Hình 3.

Giao diện chế độ test Hình 3. Cấu hình hệ thống Hình 3. Tỷ số electronic gear (Servo Amplifier) Hình 3. Servo MSMA042A1E Hình 3.

Driver MSDA043A1A Hình 3. Sơ đồ kết nối Hình 3. Động cơ Ac servo Hình 3. Driver Melsec Hình 3.

Sơ đồ kết nối ngoại vi Hình 3. Sơ đồ chân CN1 VI Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Hình 3. Sơ đồ jac cắm Hình 4. PLC Q-CPU Hình 4.

Ứng dụng của PLC Hình 4. Sơ đồ khối của PLC và hệ thống ngõ vào/ ra. Một dạng hệ thống I/O số Hình 4. Bảng ngõ vào 8 bit Hình 4.

Truyền dữ liệu khối vào thanh ghi Hình 4. Cấu hình rack cho ví dụ 6-1. Địa chỉ thiết bị ngõ vào có cấu hình rack ở ví dụ 6. Dòng điện trong (a) mô-đun sink/thiết bị source; (b) mô-đun sounce/thiết bị sink Hình 4.

Mô-đun ngõ vào source,các thiết bị ngõ vào sink/source Hình 4. Mạch chuyển đổi ngõ ra sink để kết nối với mô-đun source Hình 4. Sơ đồ kết nối dạng sourcing của ngõ ra. Cấu trúc phần cứng Hình 5.

Ví dụ cảm biến Hình 5. Sơ đồ đấu dây Hình 5. Tổng quan thiết bị Hình 6. Cài đặt tham số Hinh 6.

Đọc và viết dữ liệu Hình 6. Chuẩn đoán trạng thái VII Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Hình 6. Cấu trúc màn hình Hình 6. Lưu đồ giải thuật DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Tên và kí hiệu các chân Bảng 3.2: Thông số cơ bản của động cơ Bảng 3.

Thông số cơ bản của động cơ Bảng 3.4: Các lỗi, cảnh báo thường gặp Bảng 4.1: Thiết bị ngõ vào số Bảng 4.sơ đồ chân VIII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cùng với quá trình hiện đại hóa - công nghiệp hóa của đất nước, ngành sản xuất cơ khí hiện nay đòi hỏi khả năng tự động và sự linh hoạt ngày càng cao. Để đáp ứng được điều này thì việc đưa vào sử dụng các máy gia công kỹ thuật số CNC là điều kiện tiên quyết trong quá trình sản xuất. Ngày này, phần lớn các cơ sở sản xuất tại Việt Nam đang dần dần sử dụng công nghệ gia công số CNC để thay thế các phương pháp gia công truyền thống tại các cơ sở sản xuất của họ.

Đồng thời, việc ứng dụng ưu điểm của động cơ AC servo vào công nghệ CNC như tạo momen trên các trục đều, tốc độ cao, mạch điều khiển tốc độ chính xác đang ngày càng được mở rộng. Vì vậy, em quyết định chọn đề tài “Ứng dụng AC servo trong điều khiển máy CNC 3 trục” 1. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu đặt ra với đề tài “Ứng dụng AC servo trong điều khiển máy CNC ba trục”: Tìm hiểu và điều khiển được động cơ AC servo. Cài đặt các thông số cho driver servo Tìm hiểu lập trình cho module Q02HCPU Thiết kế, lắp đặt tủ điện điều khiển 1.

GIỚI HẠN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Bị giới hạn về kinh phí nên không thể mua module nội suy QD75 nên chưa đạt đến yêu cầu thầy đưa ra. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Đề tài “Ứng dụng AC servo trong điều khiển máy CNC 3 trục” mô phỏng máy CNC thiết kế dưới dạng compact đơn khối gồm các module điều khiển vị trí, servo driver, PLC, màn hình touch screen và panel điều khiển (giao diện người thao tác - operator interface). Giúp sinh viên nắm được cách cài đặt thông số cho driver của AC servo, đấu nối AC servo với bộ điều khiển, ứng dụng của AC servo trong thực tế, có 1 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ kinh nghiệm trong việc nắm bắt các dòng AC servo khác nhau. Nắm bắt được công việc lập trình CNC thực tế, việc soạn chương trình gia công có thể được thực hiện bằng cách lập trình tự động bằng máy tính.

Sau khi hoàn thành đề tài sinh viên có khả năng đọc và tìm hiểu tài liệu cho các sản phẩm sử dụng trong đề tài, nắm bắt và làm chủ được công nghệ. Để hoàn thành để tài sinh viên cần phải vận dụng tất cả những kiến thức đã được học trong suốt quá trình đồng thời là một cơ hội sinh viên kiểm tra lại kiến thức mình đã có những gì và thiếu sót những gì để tìm tòi, nghiên cứu trang bị những kiến thức còn thiếu trước khi ra trường và bước vào môi trường làm việc thực tế. 2 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CNC 2. KHÁI NIỆM MÁY CNC Theo định nghĩa máy NC (numerical control) là một máy công cụ tự động hóa, thực hiện các thao tác gia công theo chương trình định trước để tạo ra sản phẩm có thông số vật lý và kết quả định trước.

Máy CNC (computerized numerical control) chính là máy NC có sự tham gia của máy tính (vi xử lý, PLC) trong điều khiển và lập trình. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY CNC Máy CNC gồm phần chính là máy công cụ, có bộ phận thay dao tự động, việc điều khiển bàn máy, dao cắt, trục chính và thay dao có thể thưc hiện bằng tay trên panel điều khiển hay theo chương trình gia công. Máy công cụ đòi hỏi có độ chính xác cao, cứng, vững, vận tốc bàn trượt lớn, gia công nhanh, bảo đảm độ chính xác gia công đến micromet. Máy công cụ thường có ba đến năm trục chuyển động (X, Y, Z, A, B) không kể trục chính.

Truyền động các trục nhờ động cơ servo (DC, AC, bước) và servo driver kèm encoder. Truyền động trục chính dùng động cơ AC ba pha và biến tần hay cua-roa đổi tốc. Truyền động thay dao thường được thực hiện qua khí nén. Máy công cụ cổ điển thường dùng là máy khoan, tiện, máy phay hay trung tâm gia công nhiều chức năng.

Ngoài ra còn có các máy gia công khác như tia lửa điện (EDM electrical discharge machining), gió đá, plasma, laser, tia nước. 3 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Văn Danh – Huỳnh Hồng Mơ Nếu chỉ điều khiển vị trí hai trục đồng thời ta có điều khiển 2D (khoan, đục, cắt), điều khiển 2D1/2 là điều khiển 2D kết hợp điều khiển không đồng thời trục thứ ba (phay), điều khiển 3D phối hợp đồng thời ba trục (phay). Phần chính yếu của máy CNC đời củ là vi xử lý 16 bit hay 32 bit. Vi xử lý cùng với các linh kiện hổ trợ tạo thành bộ điều khiển CNC có nhiệm vụ: Chuyển đổi chương trình gia công ra các lệnh điều khiển cơ cấu chấp hành Xuất các tín hiệu điều khiển ra servo driver, biến tần… (di chuyển bàn máy, dao cắt, quay trục chính, thay đổi vận tốc trục chính, thay dao,…) Đọc vị trí hồi tiếp từ encoder, đọc tín hiệu digital điều khiển rơle cho các thao tác tuần tự.

Giao tiếp với panel điều khiển, gồm có màn hình, bàn phím, các núm, công tắc đèn báo. Thông qua panel điều khiển có thể điều khiển bằng tay một số chức năng của máy, hiệu chỉnh máy, lập trình gia công và cất vào RAM, cho máy chạy chương trình gia công trong bộ nhớ, nạp chương trình gia công từ máy tính ngoài qua đường truyền nối tiếp, từ đĩa mềm hay băng đục lỗ vào bộ nhớ. Một số máy có scanner đọc bản vẽ gia công rồi chuyển sang chương trình gia công. Thông báo trên màn hình tình trạng hoạt động của máy, các sự cố và hướng dẫn khắc phụ ở chế độ monitor 2.