Giáo trình Gia công trên máy CNC (Nghề Cơ điện tử Cao đẳng)

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

LƯU HUY HẠNH(Chủ biên)
NGUYỄN ANH DŨNG – TRƯƠNG VĂN HỢI

GIÁO TRÌNH GIA CƠNG TRÊN MÁY CNC
Nghề: Cơ điện tử
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2019


LỜI NĨI ĐẦU
Trong thời đại cơng cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 đang phát triển dầm
rộ việc ứng dụng công nghệ cao vào các hoạt động dạy và học là hết sức cần thiết.
tập thể nhóm nghiên cứu biên soạn giáo trình cơng nghệ gia cơng trên máy CNC.
Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên và tài liệu cho giáo viên khi
giảng dạy, Khoa Cơ khí Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội
đã chỉnh sửa, biên soạn cuốn giáo trình “GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC” dành
riêng cho học sinh - sinh viên nghề Cơ điện tử. Đây là mô đun trong chương trình
đào tạo nghề Cơ điện tử trình độ Cao đẳng.
Nhóm biên soạn đã tham khảo các tài liệu: Liên quan đến công nghệ gia
công trên máy CNC dùng cho sinh viên các Trường Cao đẳng, Đại học kỹ thuật
của tác giả PGS.TS Trần Văn Địch - Công nghệ trên máy CNC - Nhà xuất bản
KHKT 2000. Tạ Duy Liêm - Máy công cụ CNC - Nhà xuất bản KHKT 1999 và
nhiều tài liệu khác.
Mặc dù nhóm biên soạn đã có nhiều cố gắng nhưng khơng tránh được những
thiếu sót. Rất mong đồng nghiệp và độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn thiện
hơn.

Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019
Chủ biên: Lưu Huy Hạnh

1


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ..................................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................ 2
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ................................................................................ 5
Bài 1 .................................................................................................................. 9
Khái quát chung về kỹ thuật CNC ................................................................ 9
1.1. Quá trình phát triển của kỹ thuật CNC .................................................. 9
1.2. Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC và CNC ......................... 12
1.3. Tình hình trang bị ứng dụng kỹ thuật CNC ở nước ta hiện nay .......... 17
Bài 2 ................................................................................................................ 18
Các hệ thống điều khiển và dạng điều khiển của máy CNC ..................... 18
2.1. Các dạng điều khiển ............................................................................. 18
2.2. Các hệ thống điều khiển ....................................................................... 22
Bài 3 ................................................................................................................ 26
Cấu tạo chung và công tác bảo quản, bảo dưỡng máy CNC .................... 26
3.1. Cấu tạo chung của máy CNC. .............................................................. 26
3.2. Các bộ phận chính của máy CNC ........................................................ 27
3.3. Hệ thống dụng cụ cắt trên máy CNC. .................................................. 33
3.4. Đặc tính kỹ thuật của máy CNC .......................................................... 33
3.5. Bảo quản, bảo dưỡng máy CNC .......................................................... 34
Bài 4 ................................................................................................................ 36
Đặc điểm, đặc trưng của máy CNC ............................................................. 36
4.1. Hệ trục toạ độ và các qui ước............................................................... 36

4.2. Các điểm 0 ( Zêrô ) và điểm chuẩn ...................................................... 39
Bài 5 ................................................................................................................ 41
Trang bị đồ gá trên máy CNC ..................................................................... 41
5.1. Đặc điểm của đồ gá sử dụng trên máy CNC. ....................................... 41
5.2. Các loại đồ gá ....................................................................................... 42
2


5.3. Cách gá và điều chỉnh đồ gá trên máy CNC ........................................ 45
Bài 6 ................................................................................................................ 46
Ngơn ngữ lập trình và các hình thức tổ chức lập trình ............................. 46
6.1. Ngơn ngữ lập trình ............................................................................... 46
6.2. Các hình thức tổ chức lập trình. ........................................................... 47
Bài 7 ................................................................................................................ 51
Cấu trúc chương trình gia công trên máy CNC......................................... 51
7.1. Cấu trúc một chương trình gia cơng .................................................... 51
7.2. Cấu trúc một câu lệnh .......................................................................... 52
Bài 8 ................................................................................................................ 54
Các từ lệnh điều khiển dịch chuyển cơ bản ................................................ 54
8.1. Từ lệnh dịch chuyển dao nhanh không cắt gọt: G00 ........................... 54
8.2. Từ lệnh dịch chuyển dao cắt gọt theo đường thẳng (nội suy đường
thẳng ): G01 ......................................................................................................... 56
8.3. Từ lệnh dịch chuyển dao cắt gọt theo đường tròn (nội suy cung tròn):
G02, G03 ............................................................................................................. 60
8.4. Từ lệnh dịch chuyển dao về điểm chuẩn R của máy: G28 .................. 66
8.5. Một số từ lệnh khác .............................................................................. 67
Bài 9 ................................................................................................................ 69
Các chức năng vận ........................................................................................ 69
9.1. Chức năng chọn dao: T ........................................................................ 69
9.2. Chức năng chọn tốc độ trục chính: S ................................................... 70

9.3. Chức năng chọn lượng tiến dao: F ....................................................... 72
9.4. Chức năng phụ: M ................................................................................ 74
Bài 10 .............................................................................................................. 76
Lập trình gia cơng trên máy CNC ............................................................... 76
10.1. Lập trình theo toạ độ tuyệt đối G90 ................................................... 76
10.2. Lập trình theo G91 ............................................................................. 78
Bài 11 .............................................................................................................. 94
Chu trình trên máy CNC .............................................................................. 94
3


11.1. Chu trình cắt ren trên máy Tiện CNC. ............................................... 94
11.2. Chu trình cắt ren trên máy Phay CNC ............................................. 100
Bài 12 ............................................................................................................ 102
Kiểm tra sửa lỗi và chạy thử chương trình .............................................. 102
12.1. Nhập (hoặc soạn thảo) chương trình vào máy ................................. 102
12.2. Kiểm tra và sửa lỗi ........................................................................... 102
12.3. Chạy mơ phỏng chương trình .......................................................... 104
12.4. Chạy thử chương trình (Chạy khơng cắt gọt) .................................. 105
Bài 13 ............................................................................................................ 106
Vận hành máy CNC .................................................................................... 106
13.1. Gá dao, đo kích thước dao và nhập thơng số kích thước vào bộ nhớ
dao ..................................................................................................................... 106
13.2. Gá phôi ............................................................................................. 106
13.3. Xác định điểm W ............................................................................. 107
13.4. Thiết lập chế độ vận hành. ............................................................... 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 109

4

GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: Gia cơng trên máy CNC
Mã số mô đun: MĐ 32
Thời gian mô đun: 60giờ ; (LT: 15 giờ ; TH/TT/TN/BT/TL: 45giờ)
I. Vị trí tính chất của mơ đun
- Vị trí
Trước khi học mơ đun này học sinh phải hoàn thành: MH 05, MH 08, MH
10, MH 11, MH 14, MH 21, MĐ 27, MĐ 28
- Tính chất
Là mơ đun bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử.
II. Mục tiêu
- Chuẩn bị được máy và đồ gá cho việc gia công chi tiết.
- Chọn và gá lắp được dao, kiểm tra và lưu vào bộ nhớ thơng số về kích
thước dao.
- Lập được chương trình gia cơng, kiểm tra và sửa lỗi được chương trình
- Nhập được chương trình vào máy, lưu trữ và gọi được chương trình gia cơng.
- Thực hiện được việc xác định điểm 0 của chi tiết (Điểm W ).
- Thực hiện được chạy mô phỏng và chạy thử chương trình khơng cắt gọt
- Thiết lập được chế độ làm việc của máy.
- Vận hành máy để gia cơng chi tiết đảm bảo đúng quy trình, đúng chế độ
và an tồn.
- Có tác phong cơng nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc
lập cũng như phối hợp làm việc nhóm trong q trình thực tập.

5


III. NỘI DUNG MƠ ĐUN
1. Nơi dung tổng qt và phân phối thời gian

TT

Tên các bài trong mô đun

Thời gian
Tổng
Lý
số thuyết

Thực
hành/

Kiểm
tra*

thực
tập/thí
nghiệm/bài
tập/
thảo luận
1

Khái quát chung về kỹ thuật CNC

2

2

0

Các hệ thống điều khiển và dạng 2
điều khiển của máy CNC

2

0

2

2

1. Quá trình phát triển của kỹ thuật
CNC
2. Các loại máy gia cơng sử dụng
kỹ thuật NC và CNC
3. Tình hình trang bị ứng dụng kỹ
thuật CNC ở nước ta hiện nay
2

1. Các dạng điều khiển
2. Các hệ thống điều khiển
3

Cấu tạo chung và công tác bảo 4
quản, bảo dưỡng máy CNC
1. Cấu tạo chung của máy CNC.
2. Các bộ phận chính của máy
CNC.
3. Hệ thống dụng cụ cắt trên máy
CNC.

4. Đặc tính kỹ thuật của máy CNC.
5. Bảo quản, bảo dưỡng máy CNC.

4

Đặc điểm, đặc trưng của máy CNC 4

3

1. Hệ trục toạ độ và các qui ước.
2. Các điểm 0 ( Zêrô ) và điểm
chuẩn.
5

Trang bị đồ gá trên máy CNC

2
6

1

1

1


1. Đặc điểm của đồ gá sử dụng trên
máy CNC.
2. Các loại đồ gá.
3. Cách gá và điều chỉnh đồ gá trên

máy CNC.
6

Ngơn ngữ lập trình và các hình thức 2
tổ chức lập trình.

2

0

1

1

1

2

5

1

4

7

1

5

1. Ngơn ngữ lập trình.
2. Các hình thức tổ chức lập trình.
7

Cấu trúc chương trình gia cơng trên 2
máy CNC
1. Cấu trúc một chương trình gia
cơng
2. Cấu trúc một câu lệnh

8

Các từ lệnh điều khiển dịch chuyển 3
cơ bản.
1. Từ lệnh dịch chuyển dao nhanh
không cắt gọt: G00
2. Từ lệnh dịch chuyển dao cắt gọt
theo đường thẳng (nội suy đường
thẳng ): G01
3. Từ lệnh dịch chuyển dao cắt gọt
theo đường tròn (nội suy cung
tròn): G02, G03
4. Từ lệnh dịch chuyển dao về điểm
chuẩn R của máy: G28
5. Một số từ lệnh khác

9

Các chức năng vận hành
1. Chức năng chọn dao: T

2. Chức năng chọn tốc độ trục
chính: S
3. Chức năng chọn lượng tiến dao:
F
4. Chức năng phụ: M

10

Lập trình gia cơng trên máy CNC
7

1


1. Lập trình theo toạ độ tuyệt đối
G90
2. Lập trình theo toạ độ tương đối
G91
11

Chu trình trên máy CNC

4

1

3

Kiểm tra sửa lỗi và chạy thử 5
chương trình

1

4

18

0

16

2

60

15

41

4

1. Chu trình cắt ren trên máy Tiện
CNC.
2. Chu trình cắt ren trên máy Phay
CNC.
12

1. Nhập (hoặc soạn thảo) chương
trình vào máy.
2. Kiểm tra và sửa lỗi.

3. Chạy mơ phỏng chương trình.
4. Chạy thử chương trình (Chạy
khơng cắt gọt).
13

Vận hành máy CNC
1. Gá dao, đo kích thước dao và
nhập thơng số kích thước vào bộ
nhớ dao.
2. Gá phôi.
3. Xác định điểm W.
4. Thiết lập chế độ vận hành.
5. Chạy chương trình gia cơng.
Cộng

8


Bài 1
Khái quát chung về kỹ thuật CNC
Mục tiêu
- Trình bày được quá trình phát triển của kỹ thuật CNC và các loại máy gia
công sử dụng kỹ thuật NC và CNC
- Nêu rõ tình hình trang bị ứng dụng kỹ thuật CNC ở nước ta hiện nay
- Chủ động, sáng tạo và an tồn trong thực hành.
1.1. Q trình phát triển của kỹ thuật CNC
Quá trình phát triển của công nghệ chế tạo và máy cắt kim loại đã trải qua
các giai đoạn:
* Công nghệ thủ công;
* Công nghiệp hoá với sự ra đời của ngành chế tạo máy cơng cụ;

* Từ tự động hố cơ khí sang tự động hố có sự trợ giúp của máy vi tính
(CNC).
Sau đây là những mốc quan trọng của quá trình phát triển của máy công cụ
điều khiển số (CNC = Computerized Numerical control), nó gắn liền với q trình
phát triển của công nghệ điện tử và tin học.
+ Năm 1808:
JOSEPB MJAC QUARD đã dùng những tấm tôn đục lỗ điều khiển tự động
các máy dệt.
+ Năm 1863:
MFO URNEAUX phát minh “Đàn dương cầm tự động” nổi tiếng thế giới
với tên gọi là PIANNOLA .Trong đó dùng một băng giấy có chiều rộng 30cm
được đục lỗ theo vị trí tương thích để điều khiển luồng khí nén tác động vào các
phím bấm cơ khí. Băng giấy đục lỗ dùng làm vật mang tin đã được phát kiến.
+ Năm1946:
Dr. JOHNW MAUCHLY và Dr. JSPRESPER ECKERT đưa ra các máy vi
tính số điện tử đầu tiên có tên là “ENIAC” cho quân đội Mỹ đã được ứng dụng.
+ Năm1948 –1952:
T.PARSON và viện công nghệ MIT. (Massachusetts Institute Of
Technology) đã nghiên cứu thiết kế theo hợp đồng của Không quân Mỹ (US AF)
một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ. Để điều khiển trực tiếp vị trí của
9


các trục vít me thơng qua dữ liệu đầu ra của một máy tính làm bằng chứng cho
khả năng gia công một chi tiết. T. PARSON đã đưa ra 4 luận điểm cơ bản:
Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào bìa đục lỗ.
Các bìa đục lỗ được đọc ở trên máy một cách tự động.
Các vị trí đã được đọc ra phải được thơng báo một cách liên tục và bổ xung
thêm tính toán cho các giá trị trung gian.
Các động cơ SERVO (vơ cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động

của các trục.
+ Năm1952:
Hãng MIT đã cung cấp chiếc máy phay đầu tiên mang tên CINCINNATI
HYDROTEL có trục thẳng đứng. Tủ điều khiển lắp bảng bằng bóng điện tử có
thể dịch chuyển đồng thời theo ba trục, nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ nhị
phân (Binary Code Punched Band).
+ Năm1954 :
BENDIX đã mua bản quyền phát minh của T. PARSONS và chế tạo thiết bị
điều khiển NC công nghiệp đầu tiên (vẫn dùng bóng đèn điện tử).
+ Năm1957:
Những máy phay đầu tiên có trong các phân xưởng của khơng lực Hoa kỳ,
ở Nhật bản viện công nghệ TOKYO và công ty IKEGAI liên kết, kế thừa chế tạo
thành công máy điều khiển số trên cơ sở máy tiện thủy lực và chiếc máy tiện NC
đầu tiên ra đời ở Nhật Bản.
+ Năm 1958:
KERNEY và TRECKER liên kết giới thiệu hệ thống thay dụng cụ tự động
ATC (Automatic Tool Changer) cịn gọi là “Milwaukee Matic”, giới thiệu ngơn
ngữ lập trình biểu trưng đầu tiên APT gắn liền với máy tính IBM704
+ Năm1960:
Hệ điều khiển NC dùng đèn bán dẫn đã thay thế các hệ điều khiển cũ (dùng
đèn điện tử). Các nhà chế tạo máy người Đức trưng bày chiếc máy điều khiển NC
đầu tiên tại hội chợ HANOVER.
+ Năm 1965:
Giải pháp thay dụng cụ tự động (ATC) đã nâng cao trình độ tự động hố
khâu gia cơng.
+ Năm 1968:
10


Kỹ thuật mạch tích hợp IC (Intergrated Circuits) đã làm cho các hệ điều

khiển nhỏ gọn và tin cậy hơn.
Ở Nhật bản IKEGAI hợp tác với FUJITSU chuyển giao hệ thống điều khiển
DNC đầu tiên (Điều khiển hệ thống đường sắt quốc gia Nhật).
+ Năm 1969:
Những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ một máy vi tính
trung tâm DNC (Direct Numerical control) đã thiết lập ở Mỹ bằng hệ điều khiển
(Sundstrand Omnicontrol) và máy tính IBM.
+ Năm 1970:
Giải pháp thay thế bệ phiến gá phôi tự động (Automatic Palete Changer)
+ Năm 1972:
Hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp một máy vi tính nhỏ. Đó là hệ điều khiển
số dùng vi tính có hệ vi xử lý sau này.
+ Năm 1976:
Các hệ vi xử lý (Micro Processors) tạo ra cuộc cách mạng trong kỹ thuật
CNC.
+ Năm 1978:
Các hệ thống gia công linh hoạt được tạo lập thực hiện.
+ Năm 1979:
Những khớp nối liên hoàn CAD/CAM thiết kế và chế tạo có trợ giúp của
máy tính (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing).
+ Năm 1980:
Trong khi phát triển của cơng cụ trợ giúp lập trình tích hợp CNC, bùng nổ
một “Cuộc chiến lòng tin” ủng hộ hay chống đối giải pháp điều khiển qua cấp
lệnh bằng tay.
+Năm 1984:
Xuất hiện hệ điều khiển CNC có cơng năng mạnh mẽ được trang bị các cơng
cụ trợ giúp lập trình đồ họa (Graphic) tiến thêm một bước phát triển mới lập trình
tại phân xưởng.
+ Những năm (1986-1987):

11


Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard Interfaces) mở ra con đường
tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở hệ thống trao đổi hệ thống thông tin liên
thông CIM (Computer Intergrated Manufacturing).
+ Từ năm 1990:
Các giao diện số giữa điều khiển NC và hệ các khởi động được cải thiện độ
chính xác và đặc tính điều chỉnh của các trục điều khiển NC và trục chính.
+ Từ năm 1994 đến nay:
Khép kín chuỗi q trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ NURBS
làm phương pháp nội suy. Được truy cập từ hệ CAD nhằm diễn tả bề mặt đạt độ
mịn và độ sắc nét cao. Nâng cao độ chính xác và tốc độ xử lý tạo ra chuyển động
đều đặn của máy, tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ.
1.2. Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC và CNC
Trong cơng nghiệp sản xuất, máy CNC có khá nhiều tiêu chí để phân loại.
CNC Khắc đá sẽ chỉ ra những tiêu chí đó ngay sau đây, tùy theo từng mục đích
sản xuất cụ thể mà Quý vị có thể tham khảo đó là:
Phân loại theo phương pháp truyền động: Gồm truyền động điện, thủy lực,
khí nén.
Phân loại theo phương pháp điều khiển: Gồm điều khiển điểm, điều khiển
đoạn, điều khiển theo đường cắt (Gồm máy 2D, máy 3D, Điều khiển 2D1/2, hoặc
điều khiển 4D, 5D).
Phân loại theo phương pháp thay dao: Gồm thay dao bằng tay, hoặc phương
pháp tự động kiểu rơ-vôn-ve, trống mang dao hay băng tải dao.
Phân loại theo kiểu kích cỡ phơi sản phẩm có thể gia cơng.
Phân loại theo kích cỡ máy và trọng lượng máy.
Phân loại theo số lượng trục của máy.
Phân loại theo hệ điều hành: Có thể là của Fanuc, Siemens, Fagor, EMCO,…
Phân loại theo chức năng hoạt động:

Máy khoan CNC
Đây là loại máy khá phổ biến trong các xưởng gia cơng cơ khí ở Việt Nam
hiện nay.

12


Hình 1.1. Máy Khoan CNC

- Máy khoan CNC gồm có những loại sau:
+ Máy khoan 2 trục: 2 trục X và Y được điều khiển bằng lập trình, có thể
định vị chính xác vị trí của các lỗ cần khoan trên mặt phẳng. Về chiều sâu lỗ, ta
có thể điều khiển bằng CAM hoặc bằng tay cũng được.
+ Máy khoan 3 trục: Chiều sâu Z cũng được lập trình để máy có thể gia cơng.
+ Máy khoan 4 trục: Đầu trục chính có thể xoay để khoan các lỗ nghiêng.
Máy tiện CNC
Chức năng gia công cũng như các loại máy tiện truyền thống nhưng khác ở
chỗ là có hệ thống điều khiển bằng máy tính, và có 2 trục tiện trở lên(máy tiện
CNC là gì).

Hình 1.2 . Máy tiện CNC
13


Lý do phải có 2 trục tối thiểu đó là 1 chuyển động của bàn xe dao dọc theo
trục Z và ngang trục X để gia công các biên dạng trịn xoay bất kỳ, cũng như
khoan, kht các lỗ có tâm trùng với tâm trục chính.
Hiện 2 loại máy đục đá và máy khắc đá CNC đang được công ty chúng tơi
phân phối. Bạn có thể xem nó ở trang chủ.
Máy phay CNC

Có 2 dạng chính là máy phay CNC dạng đứng và máy CNC dạng ngang.
Số trục điều khiển đồng thời cùng một lúc thường là 3 trục trở lên, theo các
phương cắt X, Y, Z trong không gian cắt.

Hình 1.3 . Máy phay CNC

Chức năng gia cơng gồm phay mặt phẳng, phay đường biên, phay mặt cong,
khoan, khoét, doa lỗ, taro-ren.
Trung tâm gia công
Đây cũng là một dạng máy công cụ CNC nhưng khả năng gia công của nó
rộng hơn các máy tiện CNC hay máy phay CNC.
Trung tâm gia cơng có thể thực hiện được nhiều ngun công gia công chi
tiết chỉ với 1 lần gá phôi sản phẩm.
14


Hình 1.4 . Máy phay CNC

Ngồi ra, trung tâm gia cơng có thể tự động thay đổi dụng cụ cắt và điều
khiển được nhiều chuyển động gia công đồng thời (3 trục trở lên).
Có những loại trung tâm gia cơng sau:
+ Trung tâm gia công tiện phay kết hợp
+ Trung tâm gia công phay đứng
+ Trung tâm gia công phay ngang
+ Trung trâm gia công vạn năng
Máy gia công tia lửa điện EDM
Là loại máy CNC thích hợp cho việc gia cơng các loại vật liệu có độ cứng
cao (nhưng phải dẫn điện), gia công các bề mặt 3D phức tạp sau khi đã gia công
thô bằng gia công cơ, gia cơng các khe hẹp và sâu, gia cơng góc hẹp, tạo vết nám
cho bề mặt khuôn đúc các sản phẩm nhựa, cắt profile cho các khn dập, khn

đùn ép.
Có 2 loại máy trung tâm tia lửa điện là:
15


Máy gia cơng tia lửa điện có điện cực định hình

Hình 1.5 . Máy khắc CNC

Hình 1.6. Máy cắt dây CNC
16


Trên đây là bài giới thiệu các loại máy CNC mà CNC Khắc đá gửi đến Quý
vị. Với những ưu điểm tuyệt vời như tiết kiệm nhân lực, giảm thời gian sản xuất
và cho ra chất lượng gia công cao…
Máy công cụ CNC ngày càng là trợ thủ đắc lực và khơng thể thiếu trong quy
trình sản xuất của các doanh nghiệp ngày nay.
1.3. Tình hình trang bị ứng dụng kỹ thuật CNC ở nước ta hiện nay
Cho đến nay máy CNC được dùng sử dụng rộng rãi ở các doanh nhiệp trong
nước cũng như nước ngoài đầu tư vào Việt Nam.
Các máy CNC đang được sử dụng rộng rãi để chế tạo các chi tiết cơ khí đặc
biệt là chế tạo các khn mẫu chính xác, các chi tiết phục vụ cơng nghiệp quốc
phịng, chế tạo thiết bị điện tử,… Ngồi ra, các máy CNC cịn được dùng trong
nghiên cứu khoa học, đào tạo đại học sau đại học, học nghề ở các trường kỹ thuật.
Đa phần là các máy cũ đã qua sử dụng (second hands), các máy mới thì rất
ít do nhu cầu và khả năng đầu tư của các doanh nghiệp.

17

Bài 2
Các hệ thống điều khiển và dạng điều khiển của máy CNC
Mục tiêu
Trình bày được các dạng điều khiển và hệ điều khiển của máy CNC và ứng
dụng của nó trong gia cơng các bề mặt cụ thể trên chi tiết.
2.1. Các dạng điều khiển
Trên các máy gia công điều khiển theo chưpng trình số, quãng đường chạy
của các dụng cụ hoặc của các chi tiết đã được chp trước một cách chúnh xác thông
qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương tình NC.
Tuỳ theo theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của
quãng đường chạy này, người ta phân chia thành ba dạng điều khiển.
2.1.1 Điều khiển theo điểm:
Điều khiển theo điểm được ứng dụng khi gia công theo các toạ độ xác định
đơn giản. dụng cụ sẽ thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm đã được lập trình,
trong hành trình này dao không cắt vào chi tiết. Chỉ khi đạt tới các điểm đích, q
trình gia cơng được thực hiện theo lượng chy dao ó lp trỡnh.
Chạy dao nhanh
Chạy dao cắt

Hỡnh 2.1. Điều khiển điểm

Tuỳ theo dạng điều khiển, các trục có thể chuyển động kế tiếp nhau hoặc tất
cả các trục có chuyển động đồng thời, song song khơng có mối quan hệ hàm số
giữa các trục. Khi các trục có chuyển động đồng thời, hướng của chuyển động tạo
thành góc 45. Khi một trong hai toạ độ đạt được thì trục thứ hai sẽ được kéo theo
đến diểm đích.

18

Y

Y
P2

P2

45

P1

P1

X

X

Các trục chạy lần luợt

Các trục chạyđồng thời

Hỡnh 2.2. a. Chạy lần lượt

b. Các trục tự động

Điều khiển điểm được ứng dụng trên các máy khoan toạ độ và trên các thiết
bị hàn điểm.
2.1.2. Điều khiển đường
Điều khiển đường tạo ra các đường song song với các trục của máy, trong

khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia cơng.

Hình 2.3 Các đường chạy dao khi phay

Hình 2.4 Các đường chạy dao khi phay

Trong các điều khiển đường mở rộng hai trục của máy chuyển động với tốc
độ như nhau đồng thời ta có thể gia cơng bề mặt cơn có góc 45
Phạm vi ứng dụng của điều khiẻn đường bị thu hẹp trên các máy phay và
máy tiện.
19


2.1.3. Điều khiển theo công tua
Bằng điều khiển theo công tua, người ta có thể tạo ra các cơng tua hoặc
đường thẳng tuỳ ý trong một mặt phẳng hoặc trong không gian. Điều này đạt được
nhờ chuyển động đồng thời của các bàn trượt trên máy theo 2 hoặc nhiều trục và
giữa các trục này có mối quan hệ hàm số.
Tuỳ theo số lượng các trục được đièu khiển đồng thời mà điều khiển công
tua được chia thành:
Điều khiển 2D
Điều khiển 21/2D
Điều khiển 3D và điều khiển có nhiều hơn 3 trục đồng thời.
a. Điều khiển 2D
Điều khiển 2D cho phép thực hiện một cơng tua nào đó của dụng cụ cắt
trong một mặt phẳng gia cơng ví dụ chạy dao trong mặt phẳng X, Y. trục thứ 3
được điều khiển độc lập với hai trục kia.

Hình 2.5. Điều khiển 2D khi phay

Hình 2.6. Điều khiển 2D khi tiện
1
b. Điều khiển 2 2 D

Dạng điều khiển này cho khả năng thực hiện các chuyển động nào đó của
dụng cụ cắt theo nhiều bề mặt gia công. như vậy thông qua các chức năng G trong
chương trình NC ta có thể chyển từ bề mặt X – Y sang mặt phẳng X – Z.

20


Z

Điều khiển công tua 2 12D

Y

Gia công trong
mặt phẳng Y/Z

X

Gia công trong
mặt phẳng X/Y

1
Hỡnh 2.7. iu khin 2 2 D

c. Điều khiển 3D
Bằng điều khiển 3D ta có thể thực hiện các chuyển động của dụng cụ cắt

trong một không gian ba kích thước.
Trong điều khiển 3D tất cả các trục máy chuyển động đồng thời. trên máy
phay bất cứ cơng tua nào cũng có thể được hình thành.
Z

Y

X

§iỊu khiĨn c«ng tua 3D

Hình 2.8. Điều khiển cơng tua 3D

d. Điều khiển 4D và đièu khiển 5D:
Ngoài các trục tịnh tiến X,Y và Z ở đây cịn có các trục quay, các bàn quay
cũng được điều khiển số nhờ điều khiển 4D và 5D người ta có thể gia cơng các
chi tiết phức tạp như các khuôn rèn dập các khuôn đúc áp lực hoặc cánh tua bin.
21


§iÌu khiĨn c«ng tua 4D

Hình.2.9. Điều khiển cơng tua4D

2.2. Các hệ thống điều khiển
Phân loại hệ thống điều khiển Đối với hệ thống điều khiển máy công cụ
CNC vấn đề cơ bản quan trọng là làm sao từ các dữ liệu của chương trình đã lập
của người dùng, bộ điều khiển tiến hành xử lý, tính tốn và phát lệnh đến các đơng
cơ dẫn động bàn máy và trục chính thực hiện các dịch chuyển cần thiết để tạo ra
hình dáng hình học của chi tiết cần gia cơng với độ chính xác nhất định một cách

tự động hồn tồn. Khi vận tốc thực và vị trí thực được các sensor nhận biết và
hồi tiếp ngược về mạch điều khiển, động cơ servo dùng trong các máy CNC liên
tục được điều khiển sao cho sai số vận tốc hoặc sai số vị trí giữa vị trí cần và vị
trí thật là nhỏ nhất. Hệ thống hồi tiếp đầy đủ nhất sẽ bao gồm 3 vòng lặp điều
khiển độc lập điều khiển các trục của máy (hình 3.7). Vịng ngồi cùng nhất là
vịng hồi tiếp vị trí, vịng giữa là vịng hồi tiếp vận tốc, và vòng trong cùng là vòng
lặp về dịng điện. Nói chung, vịng lặp điều khiển vị trí được bố trí trong hệ NC,
do hệ NC đảm nhận, các vòng lặp khác đặt ngay trong thiết bị dẫn động servo.
Tuy nhiên cũng khơng có quy định thống nhất nào về vị trí của các vịng lặp điều
khiển. Chúng phụ thuộc vào nhà thiết kế máy công cụ CNC

Hình 2.10. Ba loại vịng lặp điều khiển trong máy CNC

22


Hệ thống điều khiển chu trình hở Ở hệ thống điều khiển chu trình hở, dữ
liệu chương trình gia cơng nhập được đưa vào bộ điều khiển MCU (machine
control unit) (xem hình 2.11). Nó giải mã thơng tin và lưu trữ trong bộ nhớ cho
đến khi người vận hành bấm nút bắt đầu chạy chương trình. Từng lệnh của chương
trình được chuyển đổi sang các xung điện một cách tuần tự và tự động để gửi tới
bộ điều khiển, kích hoạt và điều khiển các động cơ servo. Lượng dịch chuyển của
động cơ hay nói cách khác là bàn máy phụ thuộc vào số xung điện (electric pulses)
mà động cơ nhận được.

Hình 2.11. Hệ thống điều khiển theo chu trình hở

Hệ thống này khá đơn giản vì khơng có mạch hồi tiếp (feedback), tuy nhiên
khơng có cách nào để kiểm tra xem động cơ servo có dịch chuyển (quay) đúng
theo lệnh đã được yêu cầu hay không, tức là chúng khơng có mối liên hệ ngược.

Do vậy hệ thống điều khiển chu trình hở khơng thể áp dụng cho các máy CNC gia
cơng cơ có độ chính xác lớn hơn 0,02 mm hoặc có lực cắt trong q trình gia công
lớn. Đối với loại điều khiển này động cơ servo là các động cơ một chiều kiểu động
cơ bước (stepper motor). Độ chính xác gia cơng chủ yếu phụ thuộc vào độ chính
xác chuyển động của động cơ bước, vítme và hệ thống truyền động. Khi mơmen
quay nhỏ và ít thay đổi thì độ chính xác dịch chuyển khá cao, do vậy các máy gia
công tia lửa điện hiện nay vẫn sử dụng điều khiển theo chu trình hở.
Bộ điều khiển chu trình nửa kín Điều khiển chu trình nửa kín là loại hệ thống
điều khiển phổ biến có cấu trúc như hình 3.9. Với loại này, thiết bị kiểm tra vị trí
được lắp vào trục của động cơ servo và chúng kiểm tra góc quay. Độ chính xác
cuối cùng (chuyển động của bàn máy) phụ thuộc khá lớn và độ chính xác của trục
vitme. Vì thế, trục vít me bi có độ chính xác cao được dùng trong hệ truyền động
23


cho bàn máy. Khi cần thiết, một số máy hệ NC cịn cho phép bù trừ sai số của
bước vít me và khe hở của trục vitme để tăng độ chính xác. Bù trừ sai số bước vít
me bằng cách hiệu chỉnh chỉ thị đến hệ dẫn động servo nhằm loại bỏ sai số tích
lũy. Bù trừ sai số khe hở khi chiều chuyển động đổi dấu, một lượng xung tương
ứng với khe hở được gửi đến hệ điều khiển động cơ servo để hiệu chỉnh.

Hình 2.12. Điều khiển chu trình nửa kín

Điều khiển chu trình kín (closed loop system) Mặc dù bộ điều khiển chu
trình nửa kín có thể thể bù trừ sai số bước vitme và he hở vitme nhưng nói chung
khó đạt được độ chính xác cao khi ảnh hưởng của khe hở sẽ thay đổi theo khối
lượng của chi tiết gia cơng. Độ mịn của trục vít me cũng khác nhau tại các vị trí
khác nhau. Khe hở của vitme cũng thay đổi theo nhiệt độ. Thêm vào đó, chiều dài
của trục vitme cũng bị giới hạn so với các máy có u cầu hành trình lớn. Khi đó
cơ cấu bánh răng thanh răng được sử dụng đối với các máy có kích thước lớn. Tuy

nhiên, độ chính xác của cơ cấu bánh răng thanh răng thường kém. Do vậy, điều
khiển chu trình kín sử dụng trong trường hợp này sẽ khắc phục được sai số của
vitme hoặc bánh răng thanh răng (hình 3.10)

Hình 2.13. Hệ thống điều khiển theo chu trình kín (có hồi tiếp vị trí và tốc độ)

Trong hệ thống điều khiển chu trình kín, thiết bị giám sát vị trí được lắp trên
bàn máy và vị trí thực của bàn máy được hồi tiếp về hệ điều khiển. Chu trình kín
và chu trình nửa kín khá giống nhau ngoại trừ vị trí của thiết bị giám sát vị trí (gọi
là linear scale) được lắp ở bàn máy hay ở trục của động cơ và độ chính xác của
thiết vị nhận biết vị trí của hệ điều khiển chu trình kín rất cao. Tuy vậy, hiện tượng
24