Máy điều khiển số và rô bốt công nghiệp

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 5
Chƣơng 1 MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ .............................................................................. 7
1.1. Sự ra đời và phát triển của máy điều khiển số .................................................. 7
1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển máy điều khiển số ............................................. 7
1.1.2. Các tính năng kỹ thuật của máy điều khiển số ........................................... 10
1.1.3. Hiệu quả sử dụng máy CNC ....................................................................... 12
1.2. Cấu trúc chung của máy NC ............................................................................ 1
7
1.2.1. Sơ đồ động học của xích chạy dao ............................................................. 17
1.2.2. Cấu trúc chung của máy tiện NC ................................................................ 21
1.2.3. Cấu trúc chung của máy phay NC .............................................................. 21
1.3. Các hệ thống cơ khí của máy CNC .................................................................. 2
2
1.3.1. Dẫn động chạy dao ..................................................................................... 22
1.3.2. Dẫn động trục chính .................................................................................... 38
1.3.3. Đường hướng của máy CNC ...................................................................... 39
1.3.4. Hệ thống thay dao tự động .......................................................................... 43
1.3.5. Dao cắt trên máy CNC ................................................................................ 46
1.3.6. Đồ gá trên máy CNC .................................................................................. 51
Chƣơng 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ ................................................................ 52
2.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển số ............................................................... 5
2
2.1.1. Điều khiển số trực tiếp và điều khiển số phân phối (DNC) ....................... 53
2.1.2. Điều khiển số có máy tính (CNC) .............................................................. 55
2.2. Phân loại điều khiển số ..................................................................................... 5
6
2.2.1. Điều khiển điểm PTP .................................................................................. 56
2.2.2. Điều khiển đường liên tục........................................................................... 58
2.2.3. Các hệ thống điều khiển theo số trục được điểu khiển đồng thời .............. 59
2.2.4. Điều khiển NC và CNC .............................................................................. 61

2.2.5. Điều khiển hở và điều khiển kín ................................................................. 63
2.2.6. Điều khiển thích nghi .................................................................................. 64
2.3. Phần cứng của hệ thống điều khiển số ............................................................ 6
5
2.3.1. Cụm điều khiển máy MCU ......................................................................... 66
2.3.2. Bộ vi xử lý CPU .......................................................................................... 67
2.3.3. Bộ nhớ ROM và RAM ................................................................................ 68
2.3.4. Các thành phần giao tiếp khác .................................................................... 68
2.3.5. Bộ điều khiển máy khả trình PMC ............................................................. 70
2.4. Các phần mềm của CNC ................................................................................... 7
1
2.4.1. Hệ điều hành (phần mềm hệ thống) ............................................................ 72


2.4.2. Phần mềm giao tiếp máy ............................................................................. 72
1


2.4.3. Phần mềm ứng dụng ...................................................................................
2.4.4. Chương trình nội suy ..................................................................................
2.5. Hệ thống phản hồi (feedback) ..........................................................................
2.5.1. Các kiểu hệ thống phản hồi ........................................................................
2.5.2. Hệ thống phản hồi kiểu số - tương đối. ......................................................
2.5.3. Hệ thống phản hồi kiểu số - tuyệt đối .........................................................
2.5.4. Hệ thống phản hồi tương tự (analog) ..........................................................
Chƣơng 3 CƠ SỞ LẬP TRÌNH GIA CƠNG CHO MÁY CNC ..............................
3.1. Các trục toạ độ và chiều chuyển động .............................................................
3.1.1. Hệ thống các toạ độ ....................................................................................
3.1.2. Quy định các toạ độ trên máy .....................................................................
3.1.3. Các điểm gốc (ZERO) và các điểm chuẩn (tham khảo) .............................

3.2. Mã hố thơng tin ...............................................................................................
3.2.1. Hệ thống số và cách biểu diễn đại lượng trong điều khiển số ....................
3.2.2. Cấu trúc của chương trình gia cơng ............................................................
3.2.3. Dữ liệu của chương trình ..........................................................................
3.3. Các bước lập trình NC ....................................................................................

74
74
80
80
82
85
86
89
89
89
89
91
95
95
97
103
10
3
3.3.1. Nghiên cứu bản vẽ chi tiết ........................................................................ 104
3.3.2. Phân tích chi tiết thành các khối hình học ................................................ 104
3.3.3. Ghi kích thước cho chi tiết........................................................................ 105
3.4. Các hình thức bảo đảm chương trình ............................................................ 10
8
3.4.1. Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC .............................................. 108

3.4.2. Lập trình trên mạng DNC ......................................................................... 108
3.4.3. Lập trình bằng tay tại phịng chuẩn bị chương trình................................. 109
3.4.4. Lập trình với sự hỗ trợ của máy tính ........................................................ 109
3.5. Ngơn ngữ lập trình .......................................................................................... 110
3.5.1. Ngơn ngữ lập trình ISO (ngơn ngữ máy) .................................................. 110
3.5.2. Ngơn ngữ giao thoại ................................................................................. 110
3.5.3. Ngơn ngữ lập trình tự động APT .............................................................. 111
3.5.4. Lập trình bằng các phần mềm CAD/CAM ............................................... 114
Chƣơng 4 LẬP TRÌNH CƠ BẢN CHO MÁY PHAY CNC .................................. 116
4.1. Các mã lệnh chủ yếu của máy phay ............................................................... 116
4.1.1. Chức năng chuẩn bị (G) ............................................................................ 116
4.1.2. Các lệnh bù dao và bù hệ toạ độ. .............................................................. 116
4.1.3. Các chu kỳ ................................................................................................ 116
4.1.4. Chức năng bổ trợ hay chức năng phụ M-code (M). ................................. 116
4.2. Các mã lệnh cơ bản ......................................................................................... 117
4.2.1. Chạy dao nhanh, G0 hoặc G00 ................................................................. 117
4.2.2. Gia công đường thẳng G01 ....................................................................... 118
2


4.2.3. Gia cơng cung trịn, đường trịn G02 và G03 ........................................... 121
4.2.4. Chọn mặt phẳng toạ độ, G17, G18, G19 .................................................. 124
4.2.5. Hệ toạ độ tuyệt đối, tương đối, G90 và G91............................................. 124
4.2.6. Đơn vị đo G70 hoặc G71 .......................................................................... 125
4.2.7. Xác lập điểm 0 của chi tiết, G92 ............................................................... 125
4.2.8. Trở về điểm tham chiếu G28, G29, G30. ................................................. 125
4.2.9. Lựa chọn và thay thế dao cắt .................................................................... 126
4.2.10. Đơn vị tốc độ chạy dao G94 và G95 ...................................................... 127
4.2.11. Số vịng quay trục chính S ...................................................................... 127
4.2.12. Lập trình t lệ, đối xứng G51 ................................................................. 128

4.2.13. Quay hệ tọa độ G68 ................................................................................ 128
Chƣơng 5 LẬP TRÌNH CƠ BẢN CHO MÁY TIỆN CNC ................................... 133
5.1. Các nhóm mã lệnh chủ yếu của máy tiện ...................................................... 13
3
5.1.1. Các mã lệnh chuẩn bị (mã G) ................................................................... 133
5.1.2. Các mã lệnh M .......................................................................................... 134
5.2. Các mã lệnh cơ bản ......................................................................................... 13
5
5.2.1. Chức năng dao T ....................................................................................... 135
5.2.2. Chức năng vận tốc chạy dao F .................................................................. 135
5.2.3. Chức năng tốc độ trục chính S .................................................................. 136
5.2.4. Xác lập hệ toạ độ làm việc ........................................................................ 137
5.2.5. Lập trình theo đường kính và bán kính ..................................................... 138
5.2.6. Lập trình tuyệt đối và lập trình tương đối ................................................. 139
5.2.7. Các mã lệnh chuyển động của dao ........................................................... 140
5.2.8. Lùi về điểm tham khảo G28 và G30 ......................................................... 145
5.2.10. Gia công ren G32 .................................................................................... 146
5.2.11. Cắt ren có bước thay đổi G34 ................................................................. 149
Chƣơng 6 RƠ-BỐT CƠNG NGHIỆP ...................................................................... 150
6.1. Sơ lược quá trình phát triển của rô-bốt công nghiệp .................................... 15
0
6.2. Cấu trúc cơ bản của rô-bốt công nghiệp ........................................................ 15
0
6.3. Kết cấu của tay máy ........................................................................................ 15
1
6.4. Hệ tọa độ .......................................................................................................... 15
3
6.5. Trường công tác của rô-bốt ............................................................................ 15
4
6.6.

Phân loại rô-bốt công 15
nghiệp ......................................................................... 5
6.6.1. Phân loại theo ứng dụng ........................................................................... 155
6.6.2. Phân loại theo phương pháp điều khiển .................................................... 155
6.7. Ứng dụng của rô-bốt công nghiệp trong sản xuất......................................... 15
6


PHỤ LỤC ................................................................................................................... 160
Phụ lục 1 Các hệ thống số ..................................................................................... 16
0
P1.1. Hệ thập phân .............................................................................................. 160
3


P1.2. Hệ nhị phân.............................................................................................. 160
P1.3. Hệ bát phân.............................................................................................. 161
P1.4. Hệ thập lục phân (hex)............................................................................. 162
P1.5. Số học số nhị phân................................................................................... 163
Phụ lục 2 Bảng mã G, M của hãng FANUC....................................................... 166
P2.1. Mã G........................................................................................................ 166
P2.2. Mã M....................................................................................................... 169
Phụ lục 3 Chế độ cắt trên máy CNC.................................................................... 173
P3.1. Chế độ cắt khi phay.................................................................................. 173
P3.2. Chế độ cắt khi khoan................................................................................ 174
P3.3. Chế độ cắt khi doa.................................................................................... 174
P3.4. Chế độ cắt khi tarô................................................................................... 176

4

LỜI NÓI ĐẦU
Trong một vài năm từ đầu thập kỉ 90 trở lại đây, máy điều khiển số (CNC) đã
xuất hiện ở Việt Nam và dần dần khẳng định được vai trị của nó trong sản xuất cơ khí
cụ thể là trong một số công nghệ quan trọng như: gia công các loại khuôn mẫu, gia
công các chi tiết phức tạp, có độ chính xác cao. Trong khu vực kinh tế Nhà nước,
nhiều cơ sở đã đầu tư lắp đặt các dây chuyền sản xuất hiện đại, trong đó có các trung
tâm gia công CNC, các phần mềm trợ giúp thiết kế và sản xuất (CAD/CAM) được
trang bị đồng bộ.
Trong khu vực cơng nghiệp Quốc phịng, do nhiệm vụ là chế tạo các chi tiết vũ
khí có độ phức tạp và chính xác cao nên nhiều cơ sở nghiên cứu, đào tạo và các nhà
máy Quốc phòng đã trang bị các loại máy CNC để thực hiện các phương pháp công
nghệ khác nhau. Các máy CNC đã được trang bị phần lớn thuộc nhóm máy phay, tiện,
cắt dây, gia cơng điện cực (xung điện). Bên cạnh các máy hiện đại, có độ chính xác
cao, như các máy của Trung tâm khoa học công nghệ và kĩ thuật quân sự, Viện cơng
nghệ - Tổng cục cơng nghiệp QP; cịn lại phần lớn các máy được trang bị cho các nhà
máy đều có tính năng cơng nghệ ở mức trung bình.
Mặc dù công nghệ CAD/CAM và CNC đã xuất hiện ở Việt Nam trong một thời
gian khá dài, nhưng việc ứng dụng nó trong sản xuất vẫn đang chỉ ở giai đoạn khởi
đầu do trang bị cịn lẻ tẻ, tính đồng bộ không cao. Các cơ sở sản xuất đã trang bị
nhiều máy CNC nhưng chưa nối mạng nên chưa có khả năng trao đổi chương trình và
dữ liệu với thiết bị bên ngồi; ở một số cơ sở có thiết bị hiện đại thì lại khơng có cơng
cụ lập trình tương xứng. Ngoài ra vấn đề đào tạo một đội ngũ lập trình viên có đủ
năng lực khai thác các thiết bị này cũng là vấn đề đáng chú ý.
Giáo trình này phục vụ cho công tác đào tạo kỹ sư công nghệ chế tạo máy và
công nghệ chế tạo vũ khí tại Học viện kỹ thuật quân sự (KTQS). Mục đích là cung cấp
những hiểu biết chung nhất về máy điều khiển số, hệ thống điều khiển số và các kỹ
năng lập trình gia cơng cơ bản cũng như vận hành máy CNC phục vụ cho môn học
"Máy điều khiển số và rơ bốt cơng nghiệp".
Giáo trình gồm 6 chương và 3 phụ lục:

Chương 1. Máy điều khiển số CNC
Chương 2. Hệ thống điều khiển số CNC
Chương 3. Cơ sở lập trình gia cơng cho máy điều khiển
số Chương 4. Lập trình cơ bản cho máy phay CNC
Chương 5. Lập trình cơ bản cho máy tiện CNC Chương
6. Rơ-bốt cơng nghiệp

5


Các tác giả xin cám ơn đồng chí Dương Xuân Biên, Phịng thí nghiệm cơng
nghệ cao, Trung tâm cơng nghệ, Học viện KTQS đã cung cấp tài liệu về vận hành
máy; các đồng chí Nguyễn Trung Thành, Lê Xuân Hùng, giảng viên Bộ mơn Chế tạo
máy, Khoa Cơ khí đã giúp đ trong quá trình chế bản.
Giáo trình là kết quả của nhiều năm giảng dạy các môn học trong lĩnh vực
CAD/CAM-CNC. Tuy nhiên lần đầu tiên xuất bản chắc vẫn cịn sai sót. Chúng tơi
mong nhận các ý kiến đóng góp để hồn thiện cho những lần tái bản. ịa chỉ liên hệ:
Nguyễn Trọng Bản, Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Học viện KTQS; điện thoại
CQ: 069515368, D 0982502954; email:
Các tác giả

6


Chƣơng 1 MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ
1.1. Sự ra đời và phát triển của máy điều khiển số
1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển máy điều khiển số
Từ năm 1807 Joseph M. Jacquard đã sử dụng các bìa đục lỗ để điều khiển máy
dệt. Những năm tiếp theo ngành công nghiệp dầu mỏ và hóa chất cũng đã sử dụng
nguyên lý này.

Năm 1947 John Parsons của cơng ty Pasrons có trụ sở ở Traverse City,
Michigan (Mỹ) bắt đầu thí nghiệm ý tưởng sử dụng những dữ liệu đường cong ba
chiều để điều khiển máy công cụ gia công một số bộ phận phức tạp của máy bay. Ông
đã sử dụng thành cơng ngun lý xấp xỉ tốn học (ngun lý nội suy) để cắt gọt biên
dạng cánh máy bay trực thăng (helicopter rotor blade) vào tháng 12 năm 1948.
Tháng 6 năm 1949 Parsons đã liên kết với phịng thí nghiệm
Servomechanisms (cơ cấu bám) của Viện công nghệ Masachuset (Massachusetts
Insutute of Technology - MIT) nhằm phát triển máy tự động điều khiển số mà kết quả
là vào năm 1952 đã chế tạo thành công máy tự động điều khiển số đầu tiên, máy phay
trục đứng Cincinnati Hydrotel. Cụm điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU)
được thiết kế từ các đèn điện tử chân không và chiếm nhiều không gian hơn máy công
cụ. MCU tiếp nhận dữ liệu máy từ các bìa đục lỗ để tạo ra các chuyển động theo ba
trục toạ độ nhờ bộ nội suy tuyến tính.
Ngay sau đó, một phương án chế tạo máy NC cơng nghiệp được đề nghị với 3
nguyên tắc sau:
1

- Sử dụng máy tính để tính tốn quỹ đạo chạy dao và lưu dữ liệu vào bìa đục
lỗ.
- Dùng thiết bị đọc tại máy để tự động đọc dữ liệu từ bìa đục lỗ.
- Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý và liên tục đưa ra thông tin điều
khiển các động cơ dẫn động cơ cấu chấp hành.
Năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Pari trưng bày những máy NC đầu tiên
trên thế giới. Thơng tin điều khiển (chương trình gia công chi tiết) của những máy này
được ghi trên bìa đục lỗ. Mãi khoảng giữa thập k 60, máy NC mới được sản xuất và sử
dụng trong công nghiệp. Tuy nhiên các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên
tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc sử dụng chúng cũng
rất khó khăn, như chương trình được chứa trong các băng hoặc bìa đục lỗ, khó hiểu và
khơng sửa chữa được. Giao tiếp giữa người và máy rất khó khăn vì khơng có màn
hình, bàn phím. Sau khi các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công

1 Chiếc máy tính điện tử đầu tiên mang tên ENIAC (Electronic Numerical Integrator
and Computer) do Mauchly và Eckert chế tạo vào năm 1943.
7


nghiệp (khoảng năm 1960) thì máy gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng
lượng hơn,... Các băng, bìa đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,... Nhưng
nói chung, tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, cho
đến khi máy tính được ứng dụng vào đây.
Những hoạt động tích cực trong lĩnh vực tiêu chuẩn hố, những biến đổi xung
quanh phần cứng và phần mềm của các hệ thống điều khiển số diễn ra theo ba hướng:
- Kiểu và định dạng của thiết bị vào.
- Cấu hình hệ thống nội suy.
- Ngơn ngữ lập trình gia cơng chi tiết.
Sự xuất hiện IC (1959), LSI (1965), vi xử lý (1974) và các tiến bộ kỹ thuật về
lưu trữ và xử lý số liệu đã làm nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật điều khiển số máy
công cụ. Các bộ điều khiển số trên máy cơng cụ được tích hợp thêm máy tính và thuật
ngữ CNC (viết tắt của Computer Numerical Control) được sử dụng từ đầu thập k 70.
Máy CNC ưu việt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt, như tốc độ xử lý cao, kết
cấu gọn,... nhưng ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện
thân thiện ùng và các thiết bị ngoại vi khác. Các máy CNC ngày nay có màn hình, bàn
phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thơng tin với người dùng (hình 1-1 và 1-2).
Nhờ màn hình, người dùng được thơng báo thường xun về tình trạng của máy, cảnh
báo báo lỗi và các nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mơ phỏng để kiểm tra trước q
trình gia cơng,... . Máy CNC có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác
như rô-bốt, băng tải, thiết bị đo,... trong hệ thống sản xuất. Chúng có thể trao đổi thơng
tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ (LAN) đến mạng diện rộng và
Internet.
Ngoài kỹ thuật điều khiển tự động, sự phát triển của máy CNC và công nghệ
gia cơng trên chúng cịn gắn liền với một lĩnh vực khác của công nghệ thông tin: thiết

kế và sản xuất có trợ giúp của máy tính mà chúng ta quen gọi là CAD/CAM. Đó là
lĩnh vực ứng dụng máy tính vào cơng tác thiết kế, tính tốn kết cấu, chuẩn bị cơng
nghệ, tổ chức sản xuất, hoạch tốn kinh tế,... Một hệ thống sản xuất tự động, có khả
năng tự thích ứng với sự thay đổi đối tượng sản xuất được gọi là hệ thống sản xuất linh
hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS). FMS gồm máy các CNC, rô-bốt, các
thiết bị vận chuyển, thiết bị kiểm tra, đo lường,... làm việc dưới sự điều khiển của một
mạng máy tính. Sự tích hợp mọi hệ thống thiết bị sản xuất và tích hợp mọi q trình
thiết kế - sản xuất - quản trị kinh doanh nhờ mạng máy tính với các phần mềm trợ giúp
công tác thiết kế và công nghệ, kinh doanh,... tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhờ
máy tính (Computer Integrated Manufacturing - CIM).

8


Hình 1-1. Trung tâm gia cơng CNC hiện đại

Hình 1-2. Máy tiện CNC hiện đại
CAD/CAM là lĩnh vực có liên quan mật thiết với kỹ thuật điều khiển số các
thiết bị sản xuất. CAD (Computer Aided Design), được dịch là "thiết kế có trợ giúp của
máy tính", là một lĩnh vực ứng dụng của CNTT vào thiết kế. Nó trợ giúp cho các nhà
thiết kế trong việc mơ hình hố, lập và xuất các tài liệu thiết kế dựa trên kỹ thuật đồ
hoạ. CAM (Computer Aided Manufacturing), được dịch là "sản xuất có trợ giúp của
máy tính", xuất hiện do nhu cầu lập trình cho các thiết bị điều khiển số (máy CNC, rô9


bốt, thiết bị vận chuyển, kho tàng, kiểm tra) và điều khiển chúng. Chúng vốn xuất hiện
độc lập với nhau, nhưng ngày càng xích lại gần nhau. CAD/CAM là thuật ngữ ghép,
dùng để chỉ một môi trường thiết kế - sản xuất với sự trợ giúp của máy tính.
Q trình xuất hiện, phát trển của máy CNC và các lĩnh vực liên quan là hệ
thống CAD/CAM, CIM (hình 1-3). Cũng từ hình trên và qua thực tế chúng ta thấy

CAD/CAM, CNC đang trong thời kỳ phát triển mạnh và k nguyên của CIM mới được
khởi đầu.

Hình 1-3. Các giai đoạn phát triển của máy CNC và
CAD/CAM 1.1.2. Các tính năng kỹ thuật của máy điều khiển số
a) Các tính năng kỹ thuật chung
Là một hệ thống điều khiển tự động, các tính năng của hệ thống CNC phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố. Những người sử dụng cần phải đề ra độ chính xác mong
muốn hoặc các chỉ tiêu đánh giá tính hiệu quả sử dụng. Thơng thường người ta dựa
vào 4 tính năng kỹ thuật sau đây:
1. ộ chính xác
Độ chính xác được đánh giá bằng tổng sai lệch trong phạm vi nào đó. Ví dụ
bàn trượt có sai lệch 0,002 mm (0,0008 inch) khi dịch chuyển 500 mm (20 inch). Độ
chính xác cần thiết đặc trưng cho một máy CNC là 0,001mm/250 mm (tức là khoảng
0,0004 inch/10 inch).
2. ộ phân giải
Độ phân giải là giá trị dài (hoặc góc) nhỏ nhất mà hệ thống CNC có thể nhận
biết và thực hiện được, thực chất đây là đơn vị cơ sở hay đơn vị lập trình nhỏ nhất. Các
o

hệ thống CNC thông thường đạt đến 0,001 mm (0,0001 inch) và 0,001 .
3. ộ chính xác lặp lại
Độ chính xác lặp lại là sai lệch vị trí của bàn máy khi trở về vị trí đã được lập
trình trước đó. Độ chính xác lặp lại được coi trọng hơn độ chính xác khi đánh giá hệ

10


thống CNC và máy CNC. Thơng thường độ chính xác lặp lại đạt ± 0,005 mm (± 0,002
inch).

4. ộ nhạy
Độ nhạy là thời gian trễ giữa thời điểm nhập một tín hiệu vào hệ thống và thời
điểm đạt được điều kiện mong muốn. Số vòng lặp điều khiển càng lớn thì độ nhạy
càng cao. Tuy nhiên nếu số vịng lặp điều khiển quá lớn thì hệ thống sẽ mất ổn định.
Giải pháp dung hoà là giảm thời gian trễ nhưng vẫn duy trì tính ổn định của hệ thống.
Hằng số thời gian của các hệ thống servo (bám) là yếu tố chính quyết định độ nhạy của
hệ thống. Thơng thường hằng số thời gian cho các hệ thống CNC bằng 0,033 giây.
b) Các tính năng tiêu chuẩn
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ CNC đã làm một số chức năng trở thành
các tính năng tiêu chuẩn (standard). Các tính năng đó như sau:
- Các mã chuẩn bị và các chức năng phụ.
- Nội suy tuyến tính và cung trịn.
- Bù kích thước dao cắt.
- Các chu kỳ cố định.
- Lập trình các thủ tục tham số.
- Lập trình Macro.
- Tăng hoặc giảm tự động.
- Lựa chọn hệ toạ độ.
- Dung lương bộ nhớ cơ sở.
- Truy nhập chương trình gia cơng.
c) Các tính năng mở rộng
Các tính năng mở rộng cịn được gọi là các tính năng lựa chọn (option). Chúng
bao gồm:
- Bộ nhớ mở rộng.
- Giao tiếp DNC.
- Nội suy parabol và xoắn ốc.
- Các chu kỳ đặc biệt.
- Bù lỗi dịch chuyển.
- Quản lý tuổi bền dao cắt.
- Kiểm sốt thời gian chết (khơng gia cơng).

d) Các tính năng vận hành
Các tính năng vận hành cung cấp các hỗ trợ để vận hành thuận lợi:
- Phục hồi điểm chuẩn thủ công hoặc tự động.
11


- Cài đặt hệ thống toạ độ thủ công hoặc tự động.
- Chạy khô (dry run), chạy không gia công.
- Thay đổi tốc độ chạy dao.
- Thay đổi tốc độ trục chính.
- Chọn tốc độ chạy dao nhanh.
- Hiển thị trạng thái và thông báo lỗi.
- Hiển thị đường chạy dao.
- ...
e) Các tính năng bổ trợ
Các tính năng bổ trợ gồm:
- Nhập chương trình thủ cơng (từ panel điều khiển của máy).
- Biên tập chương trình.
- Chẩn đốn tại chỗ và kiểm tra mạch điện.
- Chẩn đoán trong qúa trình và trực tuyến. Các cổng giao tiếp khác.
1.1.3. Hiệu quả sử dụng máy CNC
Về bản chất vật lý, quá trình gia cơng trên máy thơng thường và máy CNC
hồn tồn như nhau: kích thước và chất lượng bề mặt của chi tiết gia cơng được hình
thành và điều khiển bởi sự tương tác cơ, lý, hoá giữa dao và chi tiết gia công. Nền tảng
lý thuyết cắt gọt kim loại được nghiên cứu và ứng dụng hàng trăm năm nay dựa trên
máy truyền thống vẫn đúng cho máy CNC. Hiệu quả do điều khiển số mang lại, thực
chất là cho phép thực hiện hợp lý hơn các chế độ gia công, phát huy năng lực của máy
ở mức độ cao hơn mà trên máy thông thường, do hạn chế của điều khiển thủ cơng,
khơng thực hiện được. Sự tích hợp giữa kỹ thuật cơ khí, điều khiển tự động và công
nghệ thông tin đã tạo ra cho máy CNC các tính năng mới, vượt trội so với máy thơng

thường.
Việc chuyển vai trò điều khiển của con người cho máy móc tạo nên sự chính
xác, linh hoạt, nhanh nhạy, bền vững của hệ thống công nghệ.
Bảng 1-1 cho phép so sánh một cách tóm tắt phương thức thực hiện và vai trị
của con người trong các trường hợp: gia cơng trên máy thông thường, trên máy NC và
trên máy CNC, qua đó chúng ta đã có thể phần nào hiểu được tại sao máy CNC lại cho
hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao hơn so với máy thông thường.
Nhờ các tính năng ngày càng ưu việt của hệ thống tích hợp cơ khí - điều khiển
tự động - cơng nghệ thơng tin mà máy CNC có rất nhiều ưu điểm. Hiệu quả kinh tế xã hội của việc sử dụng máy CNC được thể hiện ở các khía cạnh sau đây:
- Năng suất gia công cao
12


- Chất lượng gia cơng cao
- Tính linh hoạt cao
- Chi phí gia cơng giảm, hiệu quả kinh tế cao
a) Năng suất gia công cao
Tổng thời gian gia công một loạt chi tiết T gồm 3 thành phần:
T = Tc + Tp + Tck,
Trong đó, Tc - thời gian chính (trực tiếp cắt gọt); T p - thời gian phụ (thời gian chạy
không, thay dao, thay đổi chế độ cắt, kiểm tra,...); T ck - thời gian chuẩn bị - kết thúc
loạt gia công (chuẩn bị dao cụ, đồ gá, dao đo, phơi liệu,...).

nTruyề lệnh ĐK

Chương trình NC được nhập
vào bộ nhớ từ bàn phím, đĩa từ,
đường truyền thơng. Một số
chương trình có thể được lưu ở
bộ nhớ trong hoặc bộ nhớ ngồi

(VD đĩa cứng, card nhớ).

Cơng nhân đặt các
thơng số (tốc độ trục
chính, tốc độ ăn
dao,...) bằng tay và
điều khiển máy bằng
các vơ lăng, cần gạt,
phím,...

Máy tính với phần mềm chun
dùng thực hiện mọi chức năng
tính tốn cơng nghệ (nhờ
chương trình và dữ liệu cơng
nghệ, thơng số máy, dao,...
được lưu sẵn trong máy) và
điều khiển gia công. Thường
phần mềm có cả chức năng
giám sát q trình, cảnh báo lỗi
và sự cố. Khi cần có thể trực
tiếp thay đổi chế độ cơng nghệ
từ bên ngồi chương trình.

Chế độ cơng nghệ
được
ghi
trong
chương trình NC. Bộ
điều khiển đọc, tính
tốn tốc độ chuyển

động và truyền lệnh
cho các hệ truyền
động tương ứng.

Điều

khiể
n

Công nhân thạo nghề Chương trình
NC
trực tiếp điều khiển truyền vào bộ nhớ từ
theo kích thước và băng hoặc bìa đục lỗ.
điều kiện kỹ thuật
ghi trong bản vẽ.

chế độ công nghệ

Bảng 1-.1
Phƣơng thức thực hiện q trình gia cơng trên máy thơng thƣờng,
máy NC và máy CNC
Máy thông thƣờng
Máy NC
Máy CNC

13


Đảm bảo kích thước GC

Máy thơng thƣờng

Máy NC

Máy CNC

Cơng nhân định phải
kỳ đo kích thước bề
mặt gia cơng.

Bộ điều khiển thường
xun giám sát kích
thước gia cơng nhờ tín
hiệu phản hồi vị trí
hoặc từ thiết bị đo tích
cực kèm theo.

Bộ điều khiển thường xun
giám sát kích thước gia cơng
theo chương trình, nhờ tín hiệu
phản hồi vị trí và điều khiển
động cơ servo. Ngồi ra có thể
can thiệp vào q trình gia
cơng nhờ các thiết bị đo khác,
ví dụ đầu dị, máy đo 3 chiều.

Thời gian chính Tc được cải thiện nhờ phát huy tối đa công suất gia công của
máy, trong khi trên máy thông thường, do hạn chế về tay nghề hoặc tình trạng tâm sinh
lý của cơng nhân điều đó khơng đạt được. Ví dụ, tốc độ trục chính trên máy tiện CNC
có thể tới hàng vạn vịng/phút, cịn khi làm việc trên máy thơng thường, cơng nhân chỉ

có thể chạy tới vài ngàn vịng/phút. Máy CNC có kết cấu cơ khí cứng vững, ổn định về
cơ, nhiệt nên tốc độ và cơng suất gia cơng có thể phát huy tối đa. Chế độ công nghệ
trên máy CNC dường như chỉ phụ thuộc vào độ bền, độ cứng vững của hệ thống công
nghệ và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công. Công nghệ cắt cao tốc (High Speed
Cutting) chỉ phát huy được hiệu quả cao trên máy CNC. Việc gia cơng bằng nhiều dao,
nhiều vị trí đồng thời cũng làm giảm đáng kể thời gian chính.
Thời gian phụ Tp giảm trước hết nhờ tăng tốc độ chạy không và giảm thời
gian định vị. Các máy CNC hiện đại cho phép tăng tốc độ chạy không lên tới vài chục
mét/phút mà không gây va chạm và định vị vẫn chính xác. Trên các máy có hệ thống
thay dao tự động, thời gian thay dao chỉ tính bằng giây. Chế độ cơng nghệ được thay
đổi từ chương trình, cơng nhân không mất thời gian gạt số. Việc dừng máy để kiểm tra
kích thước trong các ngun cơng hầu như được loại bỏ do khả năng điều khiển chính
xác vị trí và quỹ đạo của máy CNC rất cao. Các trung tâm gia cơng thường có hệ thống
cấp phơi, kẹp nhả phôi, lấy chi tiết tự động nên thời gian gá kẹp phôi rất ngắn. Khi làm
việc với máy CNC, cơng nhân chỉ đóng vai trị giám sát chứ khơng tham gia trực tiếp
vào q trình gia cơng nên máy có thể làm việc cả khi vắng mặt cơng nhân và một
cơng nhân có thể trơng coi nhiều máy.
Việc chuẩn bị máy CNC để gia công một loại sản phẩm mới rất nhẹ nhàng: nạp
chương trình gia cơng và chuẩn lại các toạ độ. Toàn bộ thời gian trên chỉ cần khơng q
30 phút. Trong khi đó, nếu chi tiết địi hỏi thiết kế và chế tạo đồ gá thì thời gian trên có thể
kéo dài hàng tuần. Khả năng điều khiển và phối hợp chính xác các trục theo chương trình
cho phép loại bỏ các đồ gá và dao định hình phức tạp. Nhờ vậy khơng những giảm được
thời gian lắp đặt, căn chỉnh đồ gá mà còn loại bỏ các sai số truyền động do chế tạo và hao
mịn cơ khí, tăng độ chính xác gia cơng. Việc lập chương trình mới có thể tiến

14


hành ngồi máy (trên máy tính độc lập) hoặc thực hiện ngay trong khi máy gia công
nên chiếm thời gian máy không đáng kể.

Các máy và các trung tâm gia công CNC cho phép tập trung nguyên công cao
độ. Trên một máy có thể gia cơng nhiều bề mặt, bằng các phương pháp cơng nghệ
khác nhau; có thể gia cơng thô và tinh trên cùng một máy, trong cùng một lần gá, bằng
nhiều dao, nhiều trục đồng thời. Điều đó giảm bớt việc vận chuyển, gá đặt nên không
những làm tăng năng suất mà cịn giảm sai số gia cơng.
Người ta đã tổng kết rằng, thời gian trực tiếp gia công (Tc) trên máy thông
thường chỉ chiếm không quá 10% trong tổng số thời gian gia công (T). Trên máy CNC
thời gian đó lên tới 70%.
Năng suất gia cơng trên máy CNC hầu như không phụ thuộc vào tay nghề và
trạng thái tâm, sinh lý của công nhân.
b) Chất lượng gia cơng cao
Chất lượng gia cơng (độ chính xác kích thước, hình dáng và chất lượng bề mặt
gia cơng) suy đến cùng phụ thuộc 3 yếu tố: nguyên vật liệu, thiết bị và công nhân.
Yếu tố nguyên vật liệu giả thiết là không thay đổi. So sánh về thiết bị thì máy
CNC đảm bảo độ chính xác cao và đồng đều nhờ hệ thống điều khiển - đo lường rất
chính xác (cỡ 0,01 - 0,001 mm), hệ thống cơ khí cứng vững và ổn định, quá trình cắt
được điều khiển hồn tồn nhờ chương trình nên loại trừ được các sai số do chế tạo và
hao mòn các cữ, dưỡng. Các máy CNC hiện đại đều có khả năng bù kích thước và mịn
dao, bù khe hở và biến dạng nhiệt cơ khí. Trên máy thơng thường, tay nghề và tình
trạng tâm, sinh lý của người thợ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công. Khi gia
công trên máy CNC, cơng nhân chỉ có nhiệm vụ nạp chương trình, giám sát việc gá
phơi, thay dao và tình trạng làm việc của máy. Vì vậy tâm sinh lý, tay nghề của cơng
nhân hồn tồn khơng ảnh hưởng đến chất lượng gia cơng.
c) Tính linh hoạt cao
Máy CNC hơn hẳn máy thơng thường ở tính linh hoạt. Điều đó biểu hiện ở hai
khía cạnh. Thứ nhất, trên một máy CNC có thể thực hiện nhiều chức năng công nghệ
khác nhau và việc chuyển đổi giữa các chức năng rất dễ dàng. Ví dụ, trên máy phay
CNC có thể thực hiện các ngun cơng khoan, kht, doa, gia cơng mặt phẳng, định
hình, răng, ren, gia công các rãnh, hốc phức tạp như hốc trịn, chữ nhật, elip,... Các mặt
cong khơng gian, như mặt cầu, mặt xoắn ốc,... cũng có thể gia cơng trên máy phay 3

trục. Các máy phay 4-5 trục cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng gia công và có
thể gia cơng các sản phẩm nghệ thuật, như tạc tượng. Máy tiện CNC, ngoài các chức
năng như máy thường, có thể gia cơng ren với bước thay đổi, ren trên mặt côn. Điều
quan trọng là các mặt cong định hình có thể gia cơng trên máy CNC một cách dễ dàng,
dùng đồ gá và dao thông thường chứ không cần đồ gá và dao chuyên dùng. Trên các
trung tâm gia cơng có thể thực hiện các cơng việc phay, khoan, doa, tiện, mài,... đồng
15


thời. Chính vì vậy mà máy CNC có khả năng tập trung nguyên công cao để gia công
các chi tiết phức tạp. Biểu hiện thứ hai của tính linh hoạt là việc thay đổi đối tượng gia
công trên máy CNC rất dễ dàng, gần như chỉ thay đổi chương trình chứ không cần
thay đồ gá, dao cụ phiền phức như trên máy thơng thường. Nhờ có khả năng thích ứng
linh hoạt với đối tượng gia công mà máy CNC là thiết bị cơ bản của các hệ thống sản
xuất linh hoạt.
Nhờ tính linh hoạt cao của mình
mà máy CNC được sử dụng phổ biến
không chỉ trên các dây chuyền, trong các
tế bào sản xuất tự động mà còn được sử
dụng riêng lẻ trong loại hình sản xuất
đơn chiếc, loạt nhỏ, thậm chí cả chế thử.
Hình 1-4 thể hiện mối liên hệ giữa giá
thành chi tiết và sản lượng của một số
loại máy cơng cụ.
d) Chi phí gia cơng giảm, hiệu
quả kinh tế cao
Chi phí gia cơng một loạt N chi
tiết có thể được biểu diễn qua cơng thức
sau:
C = Ctx(1 + p)N + Ccb

Hình 1-4. Lĩnh vực sử dụng máy CNC
I.Máy cổ điển; II. Máy cổ điển có ổ dao
chuyên dụng; III. Máy CNC; IV. Máy
chuyên dùng; V.Dây chuyền tự động.

Trong đó, C - chi phí tổng cộng; Ctx - chi phí thường xun cho một chi tiết gồm
lương cơng nhân, nguyên vật liệu, năng lượng chạy máy,...; p - t lệ phế phẩm trung bình;
N - số lượng chi tiết trong loạt; Ccb - chi phí cơ bản, gồm khấu hao thiết bị, nhà xưởng,...

Máy CNC có năng suất cao, khơng địi hỏi cơng nhân bậc cao, ít sinh phế
phẩm nên cho phép giảm chi phí thường xuyên. Tuy nhiên, chi phí mua sắm, bảo trì,
lập trình, đảm bảo môi trường cho máy CNC lớn hơn nhiều lần so với máy thơng
thường. Vì vậy cần phải cân nhắc về kinh tế khi mua sắm máy CNC.
Xu thế hiện nay là giá trị phần cứng của bộ điều khiển giảm rất nhanh, trong
khi giá trị phần cơ khí và phần mềm lại tăng. Vì vậy các máy CNC cỡ trung bình, bộ
điều khiển contour đơn giản trên cơ sở PC (PC Based CNC) không đắt hơn nhiều so
với máy vạn năng. Nhờ trợ giúp của công nghệ CAD/CAM, máy đo hoặc đầu dò 3
chiều,... việc thiết kế và chuẩn bị chương trình cho máy CNC trở nên đơn giản. Máy
CNC ngày càng được sử dụng phổ biến và dần dần thay thế máy vạn năng cả trong gia
công các bề mặt thông thường.

16


Hình 1-5 biểu diễn
khu vực sử dụng hiệu quả
của máy thơng thường và
máy CNC. Theo đó, máy vạn
năng thơng thường giá rẻ

nhưng độ chính xác thấp
được dùng chủ yếu trong sản
xuất đơn chiếc loạt nhỏ các
chi tiết có độ phức tạp và độ
chính xác thấp (vùng I). Khi
yêu cầu độ phức tạp và độ
chính xác cao thì máy CNC
phù hợp hơn. Trong điều
kiện đó, máy CNC vẫn cho Hình 1-5. Vùng hiệu quả kinh tế của máy thông
hiệu quả kinh tế cao cả khi thường (I) và của máy CNC (II).
sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ
và chế thử, thậm chí sản xuất theo yêu cầu các biệt.

1.2. Cấu trúc chung của máy NC
1.2.1. Sơ đồ động học của xích chạy dao
Sơ đồ động học của xích chạy dao máy CNC rất khác so với các máy công cụ
thông thường. Sự khác nhau chủ yếu ở khâu điều chỉnh các chuyển động công tác và
chạy không: trên máy CNC các chuyển động này được điều chỉnh nhờ số liệu trong
chương trình gia cơng. Ví dụ, xác lập tốc độ trục chính, thay đổi tốc độ trục chính trên
khoảng gia cơng nhất định, xác lập và thay đổi lượng chạy dao trong q trình gia
cơng, phối hợp chuyển động của phơi và dao.
Nhìn tổng qt, xích cơng suất cắt gọt thường bắt đầu từ một động cơ có tốc
độ thay đổi vơ cấp, dẫn động trục chính thơng qua một hộp tốc độ chỉ có 2 đến 3 cấp,
nhằm khuyếch đại các mô men cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu. Hiện
nay hộp tốc độ như vậy khơng cịn dùng nữa, động cơ dẫn động lắp trực tiếp trên trục
chính hoặc thơng qua bộ truyền đai thang.
Trong máy CNC người ta sử dụng động cơ điện có thể điều chỉnh tốc độ vịng
quay hoặc động cơ bước, các hệ thống truyền động không khe hở, truyền động vít me đai ốc bi, hệ thống phản hồi… Trong xích động học của chuyển động chính khi thay
đổi tốc độ trục chính phân cấp người ta sử dụng động cơ khơng đồng bộ truyền chuyển
động cho trục chính thông qua hộp tốc độ tự động và hộp tốc độ có số tốc độ nhỏ. Khi

yêu cầu điều chỉnh tốc độ trục chính vơ cấp người ta sử dụng động cơ một chiều kết
hợp với hộp số có số tốc độ nhỏ nhằm đạt được phạm vi điều chỉnh rộng.

17


=Dạng
Có

Sơ đồ ngun lý động học

hộp số

Dạng phản hồi

Khơng có.
Quay, lắp trên trục động

cơ.
Quay, lắp trên vít me.

Quay, lắp trên cơ cấu chấp

hành.
Tuyến tính, lắp trên cơ cấu

chấp hành.
Hình 1-6. Sơ đồ động học dẫn động chạy dao điển hình của máy CNC

18

Dạng

Sơ đồ nguyên lý động học

Không
hộp số

Dạng phản hồi
Quay, lắp trên vít me

Quay, lắp trên trục
động cơ

Quay, lắp trên cơ cấu
chấp hành

Hình 1-6. Sơ đồ động học dẫn động chạy dao điển hình của máy CNC (tiếp).
B: ộng cơ bước; C: ộng cơ; KT: Khuếch đại thuỷ lực;
CH: Cơ cấu chấp hành; DC: o dịch chuyển
Trên hình 1-6 thể hiện các sơ đồ động học điển hình để tạo chuyển động chạy
dao của máy CNC. Người ta sử dụng dẫn động chạy dao có phản hồi (sơ đồ kín) và
khơng có phản hồi (sơ đồ hở).
Dẫn động khơng có phản hồi được xây dựng trên cơ sở sử dụng các động cơ
bước ĐB công suất lớn hoặc công suất nhỏ. Khi sử dụng động cơ bước công suất nhỏ,
người ta tổ hợp chúng với hệ khuếch đại thu lực KT (hình 1-6a). Do khơng kiểm sốt
vị trí thực của cơ cấu chấp hành CH, các hệ dẫn động này, chịu sai số của động cơ
bước, khuếch đại thu lực và cơ cấu truyền động (bánh răng 1, cặp vít me đai ốc 2,…).
Dẫn động chạy dao có phản hồi bảo đảm kiểm sốt dịch chuyển và vị trí thực

của cơ cấu chấp hành. Loại này có một số dạng: Trên dẫn động hình 1-6b, giữa động
cơ dẫn động ĐC và vít me 3 có hộp số 2, tỉ số truyền của hộp số được chọn sao cho

19


khi động cơ quay với tốc độ định mức thì lượng chạy dao là lớn nhất. Đát tríc phản hồi
ĐT (dạng quay) lắp với động cơ thông qua bộ truyền bánh răng 1.
Trong dẫn động chạy dao (hình 1-6c) người ta tiến hành đo dịch chuyển của cơ
cấu chấp hành CH nhờ cảm biến quay ĐT, lắp trực tiếp trên trục vít me. Chính vì vậy
mà biến dạng đàn hồi của hộp số khơng ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Sơ đồ
này tương đối đơn giản và tiện lợi trong lắp đặt cảm biến. Trong trường hợp này vít me
có u cầu cao về độ chính chế tạo, dịch chuyển đàn hồi nhỏ, khơng có khe hở.
Trong dẫn động chạy dao (hình 1-6d) người ta sử dụng cảm biến quay, trực
tiếp đo dịch chuyển của cơ cấu chấp hành CH thông qua thanh răng - bánh răng. Tuy
hệ thống phản hồi bao gồm cả các cơ cấu dẫn động chạy dao, trong đó có truyền động
vít me - đai ốc, phép đo chịu sai số của cặp truyền thanh răng – bánh răng. Vì vậy
người ta phải sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng có độ chính xác cao, chiều dài
của thanh răng phụ thuộc vào hành trình của cơ cấu chấp hành .
Trong sơ đồ (hình 1-6e) người ta sử dụng cảm biến tuyến tính. Sơ đồ như vậy
bảo đảm đo trực tiếp lượng dịch chuyển của cơ cấu chấp hành. Điều này cho phép hệ
thống phản hồi bao hết các cơ cấu truyền động chạy dao, do đó đạt được độ chính cao.
Độ chính xác dịch chuyển của CH phụ thuộc nhiều vào sai số của máy (ví dụ như mịn
dẫn hướng, biến dạng nhiệt…).
Những yêu cầu cơ bản đối với xích động học chạy dao theo quan điểm nâng
cao độ chính xác truyền động là: loại trừ khe hở trong các bộ truyền, giảm biến dạng
đàn hồi, loại trừ truyền động bánh răng ra khỏi xích động học hoặc đơn giản tối đa.
Để đáp ứng tất cả các yêu cầu trên, trong các máy CNC người ta sử dụng dẫn
động chạy dao dịch chuyển thẳng không hộp số và dẫn động với hộp số đơn giản có sử
dụng động cơ điện có mơment khởi động lớn. Các động cơ này có độ chính xác tĩnh

cao và tác động nhanh. Trong các hệ dẫn động khơng hộp số (hình 1-6f) trục động cơ
điện ĐC lắp với trục vít me 2 thơng qua ly hợp 1 có độ cứng vững xoắn lớn. Đát tríc
phản hồi ĐT lắp trực tiếp với trục vít (cảm biến quay) hoặc lắp gián tiếp nhờ bộ truyền
bánh răng – thanh răng (hình 1-6g). Trên hình 1-6h, sơ đồ lắp cảm biến phản hồi ĐT
dạng tuyến tính (dịch chuyển thẳng).
Dẫn động không hộp số cho phép nhận được vận tốc của hành trình chạy
khơng đến 10 – 15 m/phút. Khi sử dụng dẫn động chạy dao có mơment khởi động lớn
và dẫn động trục chính có phạm vi điều chỉnh rộng, việc đơn giản sơ đồ động học cho
phép đạt được độ chính xác cao và độ bền lâu. Sử dụng cảm biến quay cho phép ta đơn
giản hoá sơ đồ động học. Điều này rất quan trọng cho các máy gia công răng như phay
răng, xọc răng, mài răng…

20


1.2.2. Cấu trúc chung của máy tiện NC
a. Máy tiện NC có trục chính nằm ngang (hình 1-6a): loại này thường có băng
nghiêng hoặc thẳng đứng, trên đó có lắp một đến hai bàn dao mang đầu dao quay
(dạng revonve) gá nhiều dao cắt khác nhau.
Các bàn dao có thể mang theo ổ dao và thông qua một tay máy chuyên dùng
để chuyển đổi dao cắt giữa ổ dao và trục mang dao.
Trên những máy tiện NC hai bàn dao, có thể tiến hành cắt gọt đồng thời, được
gọi là máy tiện NC điều khiển 4 trục tự động.
Cơ cấu thải phoi cắt được lắp đặt trong gầm máy và được bao che toàn bộ.
Thiết bị điều khiển NC gắn liền với cấu trúc máy.

Hình 1-7. Cấu trúc máy tiện NC
A- Băng máy; Bầu dao revonve; C- Chi tiết; D- Ụ gá chi tiết;
E: ầu dao revonve có hai chuyển động cắt nhau vng
góc. b. Máy tiện NC có trục chính thẳng đứng.

Trên hình 1-7b và 1-7c trình bày các mẫu bố cục loại máy này.
Chúng có thể có một hoặc hai trục chính, các bàn dao mang nhiều dao cắt
được truyền các chuyển động chạy dao vng góc với nhau.
Trên một số máy tiện, để mở rộng khả năng cơng nghệ có thể gá lắp các đầu
phay chun dùng với vai trò là cụm máy kèm theo cấu trúc tổng thể của máy.
1.2.3. Cấu trúc chung của máy phay NC
Trên hình 1-8 tổng kết các phương án cấu trúc khác nhau của một số họ máy
phay CNC. Số lượng các chuyển động của bàn máy chính và phụ đã quy định tính
năng điều khiển máy với 4, 5, 6 trục hoặc nhiều hơn nữa.
Đối với những máy phay có ít trục điều khiển hơn, đầu trục chính thường được
trang bị đài dao revonve mang nhiều dao hoặc một đầu trục có hộp truyền động

21


cho nhiều trục quay, ghép nối tự động vào trục quay chính của máy trong q trình
làm việc.

Hình 1-8. Cấu trúc chung của một số máy phay CNC
Nghiên cứu tổng thể của máy CNC, có thể thấy trong bố cục của chúng người
ta quan tâm tới khơng những tính năng kỹ thuật của máy mà còn rất coi trọng các yếu
tố tổ chức lưu thơng cho dịng vận động của chi tiết, của dao và các yếu tố phụ trợ
trong đó trường cơng tác của rơ-bốt cơng nghiệp là khía cạnh khơng thể bỏ qua.

1.3. Các hệ thống cơ khí của máy CNC
1.3.1. Dẫn động chạy dao

Hình 1-9. Cấu trúc chung của một hệ dẫn động chạy dao
Để điều khiển dẫn động chạy dao cần phải chuyển đổi các xung số do CPU
phát ra thành các tín hiệu cung cấp cho động cơ dẫn động. Thông thường hệ thống dẫn

động chạy dao có hai giao tiếp: Giao tiếp điều khiển dẫn động và giao tiếp phản hồi
(hình 1-9). Giao tiếp điều khiển dẫn động nhận tín hiệu về vị trí và vận tốc dịch chuyển
từ CPU. Do tín hiệu này rất yếu nên cần phải khuyếch đại trước khi cấp cho động cơ
dẫn động. Bản thân mạch khuyếch đại công suất không phải là một bộ phận

22


của hệ thống CNC nhưng cần thiết như là một thành phần bổ trợ của hệ thống dẫn
động. Hệ thống phản hồi thơng thường là bộ đo số hố (encoders) hoặc bộ đo tương tự
(resolvers) có nhiệm vụ kiểm sốt vị trí và tốc độ dịch chuyển của dao cắt theo các trục
toạ độ. Tín hiệu từ hệ thống này được đưa về CPU qua giao tiếp phản hồi.

Hình 1-10. Sơ đồ kết nối của hệ thống dẫn động chạy dao
Hệ thống dẫn động chạy dao phải bảo đảm các tính chất sau đây:
-

Có tính động học rất cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi thì bàn máy phải theo
kịp biến đổi trong thời gian ngắn nhất.

-

Có độ ổn định vòng quay cao: Những biến đổi của lực cản chạy dao không
làm ảnh hưởng đến tốc độ chạy dao. Ngay cả khi tốc độ chạy dao nhỏ cũng
đòi hỏi tốc độ ổn định.

23