Giáo trình Lý thuyết gia công CNC (Nghề: Cắt gọt kim loại - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

NGUYỄN VĂN CHÍN (Chủ biên)
TRẦN THỊ THƯ – PHẠM VĂN TÂM

GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT GIA CƠNG CNC
Nghề: Cắt gọt kim loại
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2018


LỜI NÓI ĐẦU
Từ những năm cuối của thế kỷ trước, máy cơng cụ đã được tự động hóa với
sự tham gia điều khiển bởi máy tính đã dần trở nên phổ biến. Khi cạnh tranh ngày
càng trở nên gay gắt hơn trong sản xuất, để có thể cạnh tranh trên thị trường quốc
tế, giải pháp duy nhất là cải thiện năng suất để kết quả có độ chính xác tốt hơn và
giảm chi phí giá thành. Trong tình hiện nay các máy CNC đã có mặt ở cả các
xưởng sản xuất nhỏ. Vậy nên với sư cần thiết phải trang bị cho người học những
kiến thức cơ bản về kỹ thuật CNC, do đó chúng tơi đã biên soạn cuốn sách này.
Cuốn sách này hướng vào nội dung sau:
Thứ nhất, cho phép những người mới học hiểu các khái niệm một cách dễ
dàng từ những nguyên tắc cơ bản của máy tiện CNC và trung tâm gia công tới các
chương trình ứng dụng có thể áp dụng vào gia cơng thực tế. Tơi đã giải thích các
khái niệm này bằng các ví dụ cụ thể được sử dụng phổ biến trong ngành cắt gọt.
Thứ hai, tơi tập trung vào dịng máy FANUC-0, đang được sử dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp và trong các trường học và thêm ứng dụng tại mỗi
chương để giúp sinh viên có khả năng thực hành.
Cuối sách này giúp sinh viên học chương trình CNC hiệu quả hơn, đây sẽ là

một vinh dự lớn với tôi và tôi muốn cám ơn tất cả các đồng nghiệp trong khoa đã
giúp tơi hồn thành cuốn sách này.
Xin chân thành cảm ơn!
Ngày … tháng … năm 2018
Nhóm biên soạn

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................1
MỤC LỤC ....................................................................................................................2
Chương 1: Tổng quan về máy CNC ...................................................................5
1.1 Tổng quan CNC .............................................................................................5
1.2 Cấu trúc của hệ thống CNC.........................................................................12
1.3 Điều khiển cắt ...............................................................................................15
1.4 Máy CNC và máy tự động ..........................................................................17
1.5 Soạn thảo chương trình CNC ......................................................................20
Chương 2: Máy tiện CNC ...................................................................................29
2.1 Tổng quan......................................................................................................29
2.2 Soạn thảo chương trình máy tiện CNC ......................................................37
2.3 Chương trình ứng dụng............................................................................. 114
Chương 3: Trung tâm gia công ....................................................................... 137
3.1 Trung tâm Gia công .................................................................................. 137
3.2 Điều kiện cắt .............................................................................................. 141
3.3 Chương trình trung tâm gia cơng ............................................................. 146
3.4 Chương trình ứng dụng............................................................................. 199
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 217

2

GIÁO TRÌNH MƠN HỌC

Tên mơn học: Lý thuyết gia cơng CNC
Mã số của môn học: MH 21
Thời gian của môn học: 45giờ. (LT: 27giờ; TH: 15 giờ; KT: 3 giờ)
I. vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí:
+ Mơn học có thể được bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học chung bắt buộc.
+ Môn học được bố trí song song hoặc sau các mơn học, mơ-đun đào tạo chun
mơn nghề.
- Tính chất:
+ Là mơn học chuyên môn thuộc các môn học, mô đun đào tạo nghề.
II. Mục tiêu của mơn học:
- Kiến thức:
+Trình bày được đặc điểm, phạm vi ứng dụng của máy CNC. Cấu trúc của hệ
thống CNC, các loại hình chuyển động khi cắt của máy CNC, cấu trúc và ý nghĩa của
các mã lệnh G, mã lệnh M, kết cấu một chương trình CNC cơ bản. Soạn thảo một
chương trình CNC.
+ Trình bày được các loại điều khiển trên máy CNC.
+ Phân biệt và lựa chọn được các loại dụng cụ của máy tiện CNC và phay CNC.
- Kỹ năng:
+Tính tốn được các tọa độ khi lập trình chương trình gia cơng.
+ Vận dụng kiến thức để soạn thảo được chương trình gia công trên máy tiện
CNC và trung tâm phay CNC.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
3

III. Nội dung môn học:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Thời gian
Số

Tên chương, mục

TT

I.

Tổng quan về máy CNC

Tổng

Lý

số

thuyết

Thực

Kiểm

hành,

tra*

Bài tập

5

5

0

0

22

12

8

2

18

10

7

1

45

27

15

3

1.1. Tổng quan CNC
1.2. Cấu trúc của hệ thống CNC
1.3. Điều khiển cắt
1.4. Máy CNC và máy tự động
1.5. Soạn thảo chương trình CNC
II.

Máy tiện CNC
2.1. Tổng quan
1.2. Soạn thảo chương trình máy tiện
CNC
2.3. Chương trình ứng dụng

III.

Trung tâm gia cơng
3.1.Trung tâm gia cơng
3.2. Điều kiện cắt
3.3. Chương trình trung tâm gia
cơng
3.4. Chương trình ứng dụng
Cộng

* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính bằng giờ lý thuyết, kiểm tra
thực hành được tính bằng giờ thực hành.

2. Nội dung chi tiết

4


Chương 1: Tổng quan về máy CNC

Mục tiêu:
+ Trình bày được lịch sử phát triển, đặc điểm và khả năng úng dụng của máy CNC.
+ Trình bày được cấu hình của hệ thống máy CNC
+ Phân biệt được các kiểu điều khiển cắt của máy CNC
+ Trình bày được cấu trúc của một chương trình CNC
+ Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
Nội dung:
1.1 Tổng quan CNC
1.1.1 Định nghĩa CNC
NC là viết tắt cho cụm từ numerical control (điều khiển bằng máy tính), và là
dụng cụ máy điều khiển bằng máy tính được gọi là một máy NC. Với sự ra đời của
máy tính mini, một máy NC có lắp đặt kèm máy tính được sản xuất, gọi là máy
NC Vi tính hay NC Máy tính (Computerized NC or computer NC). Những máy
này giờ được gọi chung là CNC, và thời gian đầu gần như tất cả máy NC được sản
xuất dưới dạng máy CNC.
Một máy dụng cụ cơ bản được vận hành bằng tay bởi thợ vận hành. Tuy
nhiên, trong một máy CNC, xung động cơ điều khiển sẽ điều khiển thay cho thiết
bị vận hành.Sau đó, vít me bi được nối với máy sẽ quay trịn để di chuyển bàn máy
hoặc đầu trục chính tại vị trí và tốc độ yêu cầu để các vị trí tương đối của các vật
liệu đối với dụng cụ được điều khiển để gia công. Khi hai hoặc ba trục được điều
khiển cùng một lúc, ngay cả các cấu hình phức tạp vẫn có thể được gia cơng chính
xác trong một thời gian ngắn.

5


Bả
n vẽ

Hình.1.1: Luồng thơng tin của máy CNC

Hình bên trên cho ta thấy, khi bộ phận vận hành phân tích bản vẽ, các
chương trình kích thước và điều kiện gia công theo các giao thức thiết lập và đưa
vào mạch xử lý thơng tin, và phần cịn lại được hồn thành tự động bởi máy CNC.
1.1.2 Lịch sử của máy CNC
Là kết quả của cuộc Cải cách Công nghiệp vào cuối thế kỷ 18, dụng cụ bằng
máy đầu tiên được phát triển tại Anh. Sau chiến tranh thế giới thứ II, người ta tập
trung chủ yếu vào các máy chính xác ít địi hỏi sự can thiệp của con người hơn. Tại
thời điểm này, John.C. Parsons đề xuất phát triển cơng cụ bằng máy với khái niệm NC
của riêng mình. Kết quả là, vào năm 1948, Lực lượng không quân Hoa Kỳ thực hiện
một hợp đồng với Công ty Parsons để nghiên cứu tính khả thi của NC. Năm 1949, một
nhóm nghiên cứu từ MIT tham gia nghiên cứu. Sau ba năm nghiên cứu, các máy phay
NC lần đầu tiên được phát triển vào năm 1952. Sau đó, các máy khoan NC và tiếp đến
là máy tiện. Hình.1.2 thể hiện 〔 sự phát triển của máy NC〕

Hình.1.2: Sự phát trển của máy NC

6


Sự phát triển của máy NC có thể chia ra thành 5 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Một NC đơn điều khiển một máy.

 Giai đoạn 2: Một NC điều khiển một máy có kết hợp nhiều chức năng
(CNC).
 Giai đoạn 3: Một máy tính điều khiển nhiều máy CNC (DNC).
Giai đoạn 4: Một trung tâm máy tính điều khiển tồn bộ hệ thống sản xuất bao
gồm các máy CNC, robot, máy băng tải và lưu trữ tự động (FMS)
 Giai đoạn 5: Công nghệ hệ thống sản xuất linh hoạt và hệ thống quản lý
cũng được tích hợp và điều khiển (CIMS).

1.1.3 Đặc điểm và ứng dụng của máy CNC
1.1.3.1 Đặc điểm của máy CNC
Đối với các máy dụng cụ, bộ phận vận hành đọc bản vẽ và xác định quy
trình, điều kiện cắt và dụng cụ chung cho máy. Tuy nhiên, với máy CNC, bộ phận
vận hành đọc bản vẽ và chương trình thực hiện, địa điểm, điều kiện cắt và dụng cụ
để thực hiện công việc. Gần đây, các khách hàng có các nhu cầu đa dạng và cơng
nghệ phát triển ngày một nhanh chóng để rút ngắn vòng đời sản phẩm, các sản
phẩm đa năng với cấu hình phức tạp nên được sản xuất nhiều hơn. Cùng lúc, việc
phát triển nhanh chóng về mặt kinh tế và chi phí lao động gia tăng dẫn tới thiếu lực
lượng lao động có tay nghề; máy CNC trở nên có ích trong tình huống này.
So với máy dụng cụ nói chung, máy CNC có những lợi ích sau:
- Dễ dàng sản xuất phụ tùng số lượng nhỏ hoặc vừa và dễ thay đổi kích cỡ
- Độ chính xác được cải thiện và kiểm soát chất lượng thiết bị sản xuất đồng
nhất.
- Dễ dàng sản xuất phụ tùng máy có cấu hình phức tạp và có quy trình đa
dạng
- Khơng cần thiết phải tạo ra dụng cụ đặc biệt, tiết kiệm chi phí bảo dưỡng
- Một người có thể điều khiển vài máy, tiết kiệm chi phí sản xuất và nhân
cơng
7

- Giảm mệt mỏi khi điều hành máy và cải thiện điều kiện làm việc để nâng
cao năng suất
1.1.3.2 Ứng dụng của máy CNC
Ngày nay, máy CNC được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công
nghiệp cũng như trong gia cơng cơ khí. Ban đầu chúng được phát triển nhằm sản
xuất các sản phẩm có cấu hình phức tạp một cách chính xác, ngày nay, máy CNC
được sử dụng thường xuyên hơn để cải thiện năng suất.
Đặc biệt, gia cơng cơ khí được dùng trong các trung tâm gia công, các công
tác tiện, phay, máy cắt dây tia lửa điện, máy khoan, mài và doa. Trong khi một vài
nhiệm vụ thực hiện phù hợp với máy CNC, một vài nhiệm vụ khơng. Các tình
huống sau phù hợp để sử dụng máy CNC.
- Khi bạn cần sản xuất nhiều phần linh kiện với số lượng nhỏ hoặc vừa. Tỉ lệ
vận hành cao cũng là một yêu cầu.
- Phụ tùng có cấu hình phức tạp và cần các thực hiện các công việc quan
trọng.
- Thiết kế được thay đổi nhỏ nhiều lần.
- Do chi phí cao, vật liệu sản xuất chỉ cho phép sai sót nhỏ hoặc khơng được
sai sót
- Các linh kiện cần được kiểm tra.
1.1.4 Sự phát triển của máy CNC trong tương lai
Để chi phí hiệu quả hơn trong thị trường cạnh tranh, công nghệ máy CNC
được phát triển theo các xu hướng sau:
- Thông minh nhanh nhạy: Giảm thời gian gia công nhưng cho chất lượng và
năng suất cao hơn.
- Đa chức năng và phức tạp: Quy trình sản xuất được sắp xếp hợp lý và các
bộ phận riêng lẻ có chức năng đa dạng.
- Tính mở: NC mở để đáp ứng các nhu cầu đa dạng
- Mạng lưới hoạt động: Máy phản ứng theo mạng để cung cấp một phần và
bảo hành
8

- Sự thân thiện với môi trường: Dầu dùng để cắt độc hại được cải thiện để
bảo vệ môi trường.
Trong trường hợp này, sự hỗ trợ nhờ vào sự phát triển của các hệ trục tốc độ
cao, các hệ cung cấp tốc độ cao và bộ phận điều khiển số chính xác cao/tốc độ cao,
các máy tốc độ cao, các máy đa trục và máy đa năng được phát triển.
1.1.4.1 Máy tốc độ cao
Máy gia công tốc độ cao làm tăng tốc độ cắt để cải thiện MRR (Tỉ lệ loại bỏ
nguyên liệu) để giảm chi phí và thời gian sản xuất. Khi máy quay với tốc độ
20000-30000 rpm, tất cả các q trình như mài nhẵn, bán hồn thiện, hoặc các quy
trình hồn thiện được thực hiện xong một cách nhanh và chính xác so với các
trung tâm gia cơng hiện nay. Hình. 1.3 thể hiện một [ máy tốc độ cao].
Máy gia cơng tốc độ cao có những đặc điểm sau:
- Cắt tối đa trên một giờ
- Cắt chuẩn
- Máy gia công tốc độ cao cho bề mặt chất lượng cao hơn
- Làm tăng sự ổn định động trong trục chính
- Trục cung cấp nhanh cho hiệu suât tối đa
- Lỗi gia công tối thiểu khi vật liệu mỏng
- Dịng đời máy dài hơn và độ chính xác bền vững hơn
- Tăng sự ổn định khi gia công đối với vật liệu nhạy với nhiệt
- Gia công dễ dàng hơn đối với các vật liệu khó hơn do sinh nhiệt thấp

9


Hình.1.3: Máy tốc độ cao

Nhờ vào các tính chất trên và thời gian tiêu hao của cả quy trình, giảm chi

phí, việc nâng cao năng suất và cắt giảm chi phí vận hành nhàn rỗi được tối ưu
hóa. Để gia công tốc độ cao, cần phải phát triển loại vật liệu mới có thể chịu được
tốc độ cao trong một thời gian dài, các phần mềm có thể điều khiển máy phù hợp,
và các máy thơng minh có thể thực hiện được việc gia công trong môi trường tối
ưu.
1.1.4.2 Các máy đa trục

Hình.1.4: Máy 5-trục

Hình.1.5: Máy gia cơng 5 trục

Hình 1.4 thể hiện máy đa trục phổ biến nhất, máy 5 trục. Máy có 3 trục điều
khiển (trục X,Y,Z) và 2 trục thêm (Trục xoay và trục đứng). Vì vậy, rất dễ dàng để
gia cơng các cấu hình vốn khơng dễ được thực hiện với các máy 3 trục và giảm
việc lắp đặt vật liệu và giảm các quy trình, nhờ đó nâng cao năng suất và bề mặt
gia cơng tốt hơn. Mặc dù các máy 5 trục hiện nay đang chủ yếu là dịng thế hệ máy
dụng cụ, hình dáng của dụng cụ, và ngăn xung đột và va chạm, trong tương lại,
10


máy 5 trục sẽ được phát triển để nâng cấp hiệu cuả gia cơng và chất lượng bề mặt
gia cơng.
Hình 1.6 minh họa một ví dụ của máy gia cơng 5 trục.

Hình.1.6: Máy tổ hợp

Đối với máy tổ hợp, tồn bộ các phần được gia công bằng cách tự động lựa
chọn và thay thế dụng cụ cần thiết. Trong các máy đơn, việc thiết lập, xoay, tiện,
tạo góc, và bào nhẵn và máy phay định hình có thể được thay đổi trong các cấu
hình phức tạp.

Hình 1.7 minh họa một máy tổ hợp

Hình.1.7: Máy tổ hợp

Như đã minh họa trong Hình 1.7, trục phay được thêm vào các máy tiện
CNC để một đầu kẹp có thể mang một máy phay định hình và quy trình phay theo
thứ tự. Trục chính tại cả hai đầu có thể hồn tất các quy trình khác nhau tại cùng

11


một thời điểm. Điều này giúp cho công suất cao hơn và tăng hiệu quả không
gian. Bảng 1 thể hiện sự khác biệt giữa máy CNC và máy tổ hợp
1.2 Cấu trúc của hệ thống CNC
1.2.1 Cấu trúc của hệ thống CNC
Hệ thống CNC bao gồm phần mềm và phần cứng. Phần cứng bao gồm các
thân máy CNC, servo (hồi tiếp), máy dị, máy tính và các mạch giao diện.
Phần mềm bao quát tất cả các hoạt động được yêu cầu để tạo ra số liệu CNC
để vận hành máy CNC trong sản xuất
-Cơ cấu trợ động và động cơ: Cơ cấu trợ động sẽ tự động điều khiển dịch
chuyển cơ học tới các vị trí của vật liệu và định vị để có thể đạt được mục tiêu định
trước. Thơng tin gia cơng được phân tích bằng các máy tính siêu nhỏ được chuyển
thành xung lực thơng qua các mạch giao diện, và các xung này được đưa tới bộ
phận trợ động để vận hành động cơ servo (hồi tiếp).
Động cơ servo (hồi tiếp) hồi đáp mỗi lệnh xung yêu cầu và tạo ra momen
xoắn lớn, làm tăng tốc và thậm chí có thể đáp ứng ở tốc độ chậm.
-Vít me bi: Được nối với động cơ servo (hồi tiếp), vít me bi tiếp nhận các
chuyển động xoay từ động cơ tự động để di chuyển bàn máy NC theo tuyến tính.
Máy NC yêu cầu độ chính xác cao. Nói chung, khi các ốc vít tạo ra sự tiếp
xúc mặt-đối-mặt với các hạt, sẽ giúp tạo ra một lực ma sát tốt hơn và đòi hỏi lực

quay cao hơn. Nhiệt ma sát sinh ra bởi tải trọng làm tăng sự giãn nở nhiệt và giảm
độ chính xác.
Để giải quyết nhược điểm này, ốc vít me được tạo ra để giảm ma sát. Các hạt
cũng có thể được kiểm tra lại để giảm các khe trống gần như bằng 0.

12


Hình 1.9: Bộ điều khiển

Hình 1.8: Vít me bi

- Bộ điều khiển: Bộ điều khiển tiếp nhận, lưu trữ, chỉnh sửa và xóa các thơng
tin gia cơng chẳng hạn như một chương trình gia cơng. Nó cũng chuyển chương
trình thành các dữ liệu xung để điều khiển và vận hành cơ cấu trợ động.
- Bộ xử lý: Bộ xử lý là một loại thiết bị phản hồi hiển thị sự vận hành của
máy CNC với các tín hiệu điện.
1.2.2 Cơ cấu trợ động
Cơ cấu trợ động phản hồi về mặt tốc độ và vị trí theo vịng quay động cơ và
tương thích giữa dữ liệu nhập vào và dữ liệu xuất ra. Giống như công việc tay chân
của con người, cơ cấu trợ động tiếp nhận mệnh lệnh từ bộ xử lý thông tin để di
chuyển bàn máy một cách chính xác. Các cơ cấu trợ động nên điều khiển tốc độ và
vị trí của máy vào cùng một thời điểm. Hình 1.8 minh họa [cơ cấu trợ động NC].

Hình 1.10: Cơ cấu trợ động NC

Dựa trên thiết bị phản hồi và vị trí phát hiện, cơ cấu trợ động có thể được
chia thành hệ thống vịng hở, hệ thống vịng bán kín, hệ thống vịng kín, và hệ
thống servo (hồi tiếp) hỗn hợp.
- Hệ thống vòng hở

13


Như minh họa trong Hình 1.11, hệ thống vịng hở đã sử dụng các động cơ
mà khơng có bộ phận phản hồi. Tuy nhiên độ chính xác thấp do thiếu bộ phận
phản hồi, bộ phận này gần như biến mất.

Hìn
h 1.11: Hệ thống vịng hở

- Hệ thống vịng bán kín
Như đã thấy trong Hình 1.12, đối với hệ thống vịng bán kín, thiết bị mã hóa
bàn xoay, là máy dị số được lắp đặt bên trong động cơ trợ động, cung cấp thơng
tin xác định vị trí phản hồi, thiết bị phát xung hay máy phát tốc độ phản hội tình
trạng hiện tại để kiểm sốt tốc độ. Nhưng khơng thể hiệu chỉnh các sai số bước của
vít me bi hay sai số tại các khe hở. Tuy nhiên, nhờ vào sự phát triển gần đây của
các loại vít me bị có độ chính xác hơn, hiện tại, thiết bị này được sử dụng phổ biến
nhất trong máy CNC.

Hình 1.12: Hệ thống vịng bán kín

14


Hình.1.13: Hệ thống vịng kín

-Hệ thống vịng kín
Như đã thấy trong Hình 1.13, tỉ lệ xác định vị trí (Tỉ lệ quang học, tỉ lệ hệ
thống cản điện, laser đo lường) được gắn vào bàn máy để phản hồi thông tin vị trí.
Hệ thống này có thể hiệu chỉnh lỗi sai số bước của vít me bi hoặc sai số khe hở để

cải thiện độ chính xác. Tuy nhiên, dựa trên vị trí và cân nặng vật liệu ở trên bàn,
kích cỡ của các khe hở thay đổi, và sai số bước tích lũy của vít me bi rất nhay cảm
để đối với thay đổi nhiệt độ. Do đó, hệ thống được sử dụng nhiều nhất trong các
máy có tỉ lệ lớn cần độ chính xác cao.
- Hệ thống tự động tổ hợp
Như đã thấy trong Hình 1.14, Hệ thống vịng bán kín và hệ thống vịng kín
được kết hợp để điều khiển chính xác. Do giá thành cao, chúng được sử dụng
trong các máy có độ chính xác cao.

Hình 1.14: Hệ thống Tự động tổ hợp

1.3 Điều khiển cắt
Trong máy CNC, cả dụng cụ và vật liệu cần được chuyển động để gia cơng.
Bộ điều khiển cắt có thể chia dược thành điều khiển xác định vị trí, và điều khiển
cắt trực tiếp và điều khiển cắt đường viền.
1.3.1 Điều khiển xác định vị trí (Điểm- Điểm)

15


Hình 1.15: Điều khiển vị trí cắt

Như đã thấy trong Hình 1.15, điều khiển xác định vị trí là điều khiển đơn
giản nhất. Khi vị trí của vật liệu được điều khiển, thông tin gia công là vô cùng
đơn giản. Do đó vật liệu khơng được gia cơng khi chuyển động, cách điều khiển
này được gọi là PTP (Từ điểm tới điểm) và được sử dụng trong các máy khoan,
máy hàn tại chỗ và máy đục lỗ.

1.3.2 Điều khiển theo đường
Trong điều khiển theo đường, máy di chuyển thẳng hàng từ vị trí hiện tại tới

một vị trí theo thiết kế. Cách điều khiển này được sử dụng chủ yếu trong các máy
doa lỗ và máy phay tiện. Hình 1.16 minh họa điều khiển theo đường.

Hình 1.16: Điều khiển cắt thẳng

1.3.3 Điều khiển cắt đường viền
Điều khiển cắt đường viền được sử dụng để cắt các tổ hợp đường cong hoặc
đường thẳng và điều khiển 3 trục cùng một lúc. Hình 1.17 minh họa điều khiển cắt

16


viền, được sử dụng rộng rãi khi phay. Cách điều khiển này hiện được sử dụng
nhiều nhất trong máy CNC.

Hình 1.17: Điều khiển cắt đường viền

1.4 Máy CNC và máy tự động
Ngày nay, khi nền công nghiệp trải qua những thay đổi chóng mặt khi một
số lượng nhỏ các sản phẩm được sản xuất với quy mô nhỏ và vừa. Nền sản xuất
cũng địi hỏi độ chính xác cao hơn trong khi nhân công đang tăng lên, ngày càng
nhiều nhà sản xuất hướng tới tự động hóa. Để xây dựng một hệ thống sản xuất
hiệu quả cao, cần phải đưa tự động hóa vào bằng cách sử dụng các máy CNC.
1.4.1 DNC
DNC viết tắt cho cụm từ điều khiển số trực tiếp khi máy CNC được điều
khiển bởi một máy tính bên ngồi. Chương trình NC viết bởi một máy tính bên
ngồi được chuyển tới máy CNC mà khơng cần sử dụng bộ nhớ trong của nó và
được vận hành để thực hiện gia cơng.

Hình 1.18: Cấu trúc cơ bản hệ thống DNC

Hình 1.18 Cấu trúc cơ bản của hệ thống DNC diancie cũng là viết tắt của cụ
điều khiển số phân bố. Như được thể hiện trong hình 1.18, máy tính được kết nối
17


tới các máy CNC khác nhau thông qua mạng nội bộ. Dữ liệu được phân bố từ một
máy tính tới nhiều máy CNC để kiểm sốt chúng nói chung, DNC bao gồm các bộ
phận sau:
-Máy tính
-Bộ nhớ lưu trữ chương trình
-Đường truyền liên lạc
-Máy CNC
1.4.2 FMC
Bằng việc sử dụng FMC (Hệ thống sản xuất linh hoạt), robot, các dụng cụ,
bộ cung cấp và ATC (Automatic Tool Changer) để thực hiện vận hành máy CNC
không dùng tay trong một thời gian dài.
Hình 1.19 minh họa ví dụ về gia cơng FMC. FMC là một loại hình gia cơng
tân tiến.Trung tâm tiện CNC nơi có các cơng tác tiện và phay đầu có thể được gọi
là một loại FMC được phát triển từ máy tiện.

Hình 1.19: FMC

1.4.3 FMS
FMS (Hệ thống sản xuất linh hoạt) điều khiển các máy CNC, robot, APC,
ATC, AGV (Xe vận chuyển hàng tự động thơng qua máy tính trung tâm để điều
khiển từ khâu nạp nhiên liệu, gia cơng, lắp đặt tới vận chuyển và có khả năng đáp
ứng với sự thay đổi nhanh chóng của thị trường. Do đó điều này khiến FMS phù

18

hợp với sản xuất theo các lô hàng số lượng nhỏ. Hình 1.20 là băng chuyền FMS
5 mặt trong lĩnh vực này.

Hình 1.20: Dây chuyền FMS

FMS trong tương lai sẽ là sự kết hợp của các thiết bị sản xuất bao gồm robot
để điều khiển nhiều máy CNC hoặc hệ thống đơn lẻ như các thiết bị kiểm tra, thiết
bị hàn và EDM (Máy gia công tia lửa điện)
Các thiết bị sản xuất được kết nối bởi các hệ thống nạp nhiên liệu. Với các
dụng cụ, vật liệu hoặc thông số về điều kiện sản xuất được lưu trữ tại máy tính
trung tâm, người vận hành có thể lựa chọn điều kiện cắt tối ưu. FMS có những lợi
ích sau:
- Cải thiện năng suất
- Rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất
- Giảm hàng lưu kho
- Giảm chi phí lao động
- Chất lượng tốt hơn
- Kỹ sư sản xuất tham gia vào quá trình chủ động hơn
- Nâng cao an toàn lao động

19


1.4.4 CIMS
Máy CIMS (Hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính) là thiết bị tự động sử
dụng rộng rãi nhất trong nhà máy và trong hệ thống sản xuất mới điều khiển tất cả
hệ thống FMS và hệ thống quản lý của nhiều nhà máy một lúc. Vì thế, một hệ
thống CIMS hiệu quả có kho dữ liệu riêng được chia sẻ bởi toàn bộ bộ máy sản

xuất với mục tiêu tối ưu hóa năng lực sản xuất và hiệu quả sản xuất khi tích hợp
các thiết kế, phương thức sản xuất thơng qua máy tính.
CIMS có những lợi ích như sau:
- Có thể phản ứng lập tức đối với sản phẩm có vịng đời ngắn và theo nhu
cầu thị trường
- Nâng cao điều khiển quy trình để gia tăng sự đồng nhất về chất lượng
- Nâng cao năng suất bằng cách tối ưu vật liệu, máy và con người và giảm
tồn kho
- Cắt giảm chi phí sản xuất bằng cách nâng cao sản xuất và quản lý
1.5 Soạn thảo chương trình CNC
1.5.1 Soạn thảo chương trình CNC
Dụng cụ máy thông thông tường cần vận hành và chỉ được điều khiển bởi
con người

20


(a) Dụng cụ máy thơng tường

(b) Dụng cụ máy CNC

Hình 1.21: Sự khác biệt giữa dụng cụ máy thông thường và Dụng cụ máy CNC

Tuy nhiên, khi máy CNC được điều khiển tự động, cần phải đưa dữ liệu kích
thước và các biểu tượng vào bản vẽ có thể hiểu được bởi máy CNC.
Cơng việc này gọi là lập trình, và người thực hiện lập trình gọi là nhà lập
trình. Hình 1.21 minh họa Sự khác biệt giữa dụng cụ máy thông thường và dụng
cụ máy CNC.
1.5.2 Soạn thảo chương trình CNC
Việc lập trình chương trình CNC sẽ được thực hiện thủ cơng hoặc tự động.

1.5.2.1 Lập trình thủ cơng
Trong lập trình cơ học, người lập trình đọc bản vẽ và viết chương trình. Để
viết một chương trình, các kế hoạch gia công sau phải được thiết lập:
- Bản vẽ các bộ phận: Bản vẽ được dùng là bản vẽ để gia công
- Kế hoạch gia công: Khi bản vẽ linh điện được đưa ra, các yếu tố sau cần
được quyết định để gia công CNC
a) Quy mô gia công CNC và máy gia công
b) Làm thế nào để cố định vật liệu vào máy móc và các dụng cụ cần thiết
c) Thứ tự gia công
d) Dụng cụ gia công
e) Điều kiện cắt: rmp của trục chính, tỉ lệ, độ sâu mặt cắt
1.5.2.2 Lập trình tự động
Để giải quyết những nhược điểm trong việc lập trình cơ học, vị trí dụng cụ và
bản vẽ các bộ phận kết hợp được lập trình với máy tính. Các chương trình tự động
được chấp nhận rộng rãi hơn cùng với sự phát triển của CAM (Hệ thống sản xuất Hỗ
trợ bằng Máy tính) và có những lợi ích sau
- Tốn ít thời gian và cơng sức để viết một chương trình NC
- Có thể viết các chương trình NC có độ tin cậy cao
- Các cấu hình phức tạp mà con người khơng có khả năng tính tốn nay có thể
được lập trình
21


- Việc rà sốt chương trình trở nên dễ hơn và lỗi chương trình được giảm thiểu.
1.5.3 Cơ sở soạn thảo chương trình
Để cho phép người lập trình quyết định vị trí dụng cụ và hướng di chuyển
đối với vật liệu, các trục và các biểu tượng di chuyển trên các máy CNC được cụ
thể trong KS B0126.
Tiêu chuẩn này được thiết kế để một người lập trình có thể viết chương trình
ngay cả khi họ khơng biết liệu dụng cụ sẽ tiếp cận vật liệu hay vật liệu phải tiếp

cận với dụng cụ.
1.5.3.1 Hệ thống trục tọa độ trong máy Tiện CNC
Máy tiện CNC có hai trục di chuyển các dụng cụ đối với vật liệu được xoay.
Trục X là trụng di chuyển và trục Z là trục quay của vật liệu. Hình 1.22 minh họa
hệ trục tọa độ với máy tiện CNC.

Hình 1.22: Hệ trục tọa độ trên máy tiện CNC

1.5.3.2 Hệ thống trục tọa độ trên Trung tâm gia cơng
Trên trung tâm gia cơng, trục chính được cố định theo chiều dọc, và bàn máy
chuyển động lên và xuống đối với trục chính. Như thể hiện trong hình 1.23, các
trục X và Y định vị trên bàn và trục Z là trục kết hợp theo chiều dọc với trục chính.

22


(a) Trung tâm gia công dọc

(b) Trung tâm gia công ngang

Hình 1.23: Hệ thống trục tọa độ của Trung tâm gia công

1.5.3.3 Tọa độ tuyệt đối và tọa độ tương đối
Hệ tọa độ được sử dụng để định vị dụng cụ đối với vật liệu.Trong lập trình
CNC, phương pháp hệ tọa độ tuyệt đối, khơng tính tới vị trí của dụng cụ, vị trí mục
tiêu được thể hiện thơng qua giá trị tuyệt đối dựa trên dữ liệu gốc của chương
trình. Đối với phương pháp hệ tương đối, vị trí mục tiêu được thể hiện thông qua
giá trị gia tăng từ vị trí hiện tại.

(a) Phương pháp hệ tọa độ tuyệt đối (b) Phương pháp hệ tọa độ tương đối

Hình 1.24 Phương pháp hệ tọa độ tuyệt đối & Phương pháp hệ tọa độ tương đối

Ví dụ: Đối với bản vẽ sau, các lệnh được đặt với hệ tọa độ tuyệt đối và hệ
tọa độ tương đối.

23


Vị trí

Lệnh tuyệt đối

Lệnh tương đối

P1 E1

X20,0 Y10,0

X-20,0 Y10,0

P2 E1

X20,0 Y10,0

X30,0 Y-10,0

P1 E2

X30,0 Y30,0

X-10,0 Y30,0

P2 E2

X30,0 Y30,0

X40,0 Y10,0

1.5.4 Cấu trúc của chương trình
1.5.4.1 Địa chỉ
Địa chỉ được thể hiện bằng chữ in hoa; chức năng của mỗi địa chỉ như trong
bảng 1.
Bảng 1.1. Địa chỉ
Địa chỉ

Chức năng

Ý nghĩa

O

Số chương trình

Số chương trình

N

Số thứ tự

Số thứ tự

G

Chức năng dự bị

Chế độ chuyển động

X,Y,Z

Chức năng hệ

Lệnh chuyển động

R

Bán kính

Bán kính cung, góc R

I,J,K

Tâm cung

Khoảng cách từ điểm trung tâm
của cung

24