Đề cương cnc (1)

NHÓM TBD2 K60

Đề cương CNC

1.a Phân biệt NC và CNC...........................................................................................................................1
b. Tại sao phải dùng khái niệm CAD, CAM, CNC………………………………………………………2
2.Giải thích sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển máy CNC...................................................................3
3.Hệ thống điều khiển trục chính máy CNC……………………………………………………………………………………………4
4.Hệ thống điều khiển ăn dao của máy CNC……………………………………………………………………………………………5
5.Tại sao phải tính tốn bù dao...................................................................................................................7
6. Khi chuẩn bị gia công CNC , người vận hành cần thực hiện cơng việc gì ?...............................................8
7. Ý nghĩa, khái niệm của từng điểm gốc, điểm chuẩn máy CNC.................................................................9
8. Phân loại các phương pháp đo vị trí trên máy CNC thường dùng các loại đo vị trí nào? Cho ví dụ?.....10
9.Trình bày ngun lý của hệ thống đo vị trí kiểu số và gia số? Cho ví dụ?................................................12
10.Vai trò, nhiệm vụ các pương pháp và ứng dụng bộ nội suy trong kỹ thuật CNC?.................................13
11: Các yêu cầu đối với hệ điều chỉnh truyền động trong CNC?................................................................14
12:Phân tích nguồn thơng tin trong hệ thống điều khiển trục chính.........................................................15
Bài tập.......................................................................................................................................................17

1.a Phân biệt NC và CNC
Giống: cùng thực hiện các nhiệm vụ cịn gọi là xử lý dữ liệu gia cơng
Cùng thiết kế bên trong hệ thống điều khiển bao gồm chỉ thị logic để xử lý dữ liệu.
Khác:

1


NC (Numerical control)
Được điều khiển và hoạt động các
chương trình điều khiển được chứa
trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu

và khơng sửa chữa được.
Tn theo những chỉ thị đã được mã
hóa đặc biệt truyền đến hệ thống điều
khiển (gia cơng 1 cơng đoạn )
Chương trình khơng được lưu trữ

CNC (Computer Numerical control)
Chương trình điều khiển được xử lý
qua máy tính bằng các mã lệnh,dễ dàng
sửa chữa, giám sát và thay đổi.

Giao tiếp với máy rất khó khăn vì
khơng có màn hình với bàn phím máy
tính

Giao tiếp giữa người và máy tính bằng
bàn phím, màn hình thiết bị ngoại vi
khác

Tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh và tiêu
tốn năng lượng

Tốc độ xử lý nhanh nhẹ.

Chương trình được lưu trữ

b. Tại sao phải dùng khái niệm CAD, CAM, CNC
CAD ( Computer Aided Design):Thiết kế có trợ giúp của máy tính
CAM ( Computer Aided Making): Công nghệ gia công chế tạo sản xuất có sự trợ
giúp của máy tính

CNC (Computer Numerial Control): Bộ điều khiển số trên máy công cụ được tích
hợp trên máy tính
3 khái niệm CAD-CAM-CNC vốn độc lập với nhau nhưng có mối quan hệ mật
thiết với nhau:
CAD-CAM là thuật ngữ để chỉ 1 môi trường thiết kế, sản xuất có sự giúp của máy
tính kết hợp với CNC (Điều khiển tự động).
3 thuật ngữ này nói lên quy trình thiết kế chi tiết 1 sản phẩm có độ chính xác cao
và rút ngắn thời gian hồn thành.


2.Giải thích sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển máy CNC

Thiết bị đầu vào: Đây là các thiết bị được sử dụng để nhập chương trình chi tiết
trong máy CNC. Có ba thiết bị đầu vào thường được sử dụng và đó là đầu đọc
băng đục lỗ, đầu đọc băng từ và máy tính thơng qua giao tiếp RS-232-C.
Bộ điều khiển máy (MCU):
Đọc các hướng dẫn được mã hóa đưa vào nó.
Giải mã lệnh được mã hóa.
Thực hiện nội suy (tuyến tính, trịn và xoắn) để tạo ra các lệnh chuyển động trục.
Cung cấp các lệnh chuyển động trục đến các mạch khuếch đại để điều khiển các
cơ cấu trục.
Nhận các tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc độ cho mỗi trục truyền động.
Thực hiện các chức năng điều khiển phụ trợ như chất làm mát hoặc bật/tắt trục
chính và thay đổi cơng cụ.
Máy cơng cụ: Máy cơng cụ CNC ln có bàn trượt và trục xoay để điều khiển vị
trí và tốc độ. Bàn máy được điều khiển theo hướng trục X và Y và trục chính
được điều khiển theo hướng trục Z.
Hệ thống dẫn động: Hệ thống truyền động của máy CNC bao gồm các mạch
khuếch đại, động cơ truyền động và vít dẫn bi. MCU cung cấp các tín hiệu (tức
3

là vị trí và tốc độ) của mỗi trục đến các mạch khuếch đại. Các tín hiệu điều
khiển được tăng cường (tăng lên) để kích hoạt động cơ truyền động. Và các
động cơ truyền động được truyền động quay trục vít dẫn bi để định vị bàn máy.
Hệ thống phản hồi: Hệ thống này bao gồm các đầu dò hoạt động như cảm
biến. Nó cịn được gọi là hệ thống đo lường. Nó chứa các bộ chuyển đổi vị trí và
tốc độ liên tục theo dõi vị trí và tốc độ của dụng cụ cắt ở bất kỳ thời điểm
nào. MCU nhận các tín hiệu từ các đầu dị này và nó sử dụng sự khác biệt giữa
tín hiệu tham chiếu và tín hiệu phản hồi để tạo ra các tín hiệu điều khiển để sửa
lỗi vị trí và tốc độ.
Bộ hiển thị: Màn hình được sử dụng để hiển thị các chương trình, lệnh và dữ
liệu hữu ích khác của máy CNC
3.Hệ thống điều khiển trục chính máy CNC
Hệ thống điều khiển trục chính
•

Trục chính CNC là cụm chi tiết máy được cấu tạo nhằm giúp truyền chuyển
động quay và moment xoắn của động cơ sang cho dụng cụ cắt và các thiết bị
bổ trợ( dao cắt gọt, đầu dị tâm, mâm cặp, đầu set phơi,...)

•

Tạo ra chuyển động chính

•

Gồm: – Động cơ servo

•

•

– Thiết bị truyền động
Chuyển động quay của động cơ được truyền đến trục chính qua bộ truyền
đa

• Trên các máy thơng thường: dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ hoặc
đồng bộ kèm hộp số cơ khí có cấp và vơ cấp.
• Phân loại trục chính
• • Truyền động bánh răng: khơng thích hợp cho gia cơng tốc độ cao
•

Kiểu trục chính giúp làm việc với nhiều giải cấp tốc độ khác nhau

•

, độ cứng vững truyền động cao chịu tải trọng tốt:

• • Truyền động trực tiếp (không qua bộ truyền đai) được


• sử dụng cho số vòng quay rất cao (> 10000 vg/ph)
• Là trục chính được truyền động trực tiếp từ động cơ
• và tạo moment xoắn, tốc độ quay ngay cho cụm dao cụ
• một cách trực tiếp
• * So với trục chính của máy thơng thường, trục chính của máy CNC làm
việc
• với tốc độ cao hơn( tới hàng vạn v/p), thường xun có gia tốc lớn. Vì vậy,
u
• cầu cân bằng , bơi trơn đặc biệt cao ở các máy CNC.

4.Hệ thống điều khiển ăn dao của máy CNC
Hệ thống điều khiển chạy dao
Thơng số hình học dao phay:
- Dao phay hình trụ
Dao phay hình trụ (có các răng phân bố trên mặí trụ> rãnh thẳng ω = 0, rãnh xoắn
ω ≠0
Thành phần kết cấu
D – đường kính ngồi (mm)
L – chiều dài dao (mm)
d – đường kính lỗ gá (mm)
z – số răng dao phay
Mặt trước (1), mặt sau (2), mặt lưng ràng (4), lưỡi cắt (5) răng thẳng ω = 0; răng
xoắn
(ω ≠ 0); cạnh viền (3) nằm giữa lưỡi Cắt
(5) và mặt sau (2) có chiều rộng khoảng (0,05 ÷ l)mm trên mặt trụ đường kính D;
h là chiều cao răng và f là chiều rộng mặt sau.
5


Các góc của dao phay hình trụ răng xoắn được xét trong hai tiết diên: tiết diện
vng góc
với trục AA và tiết diện vng góc với lưỡi cắt chính NN (hinh 6.2a va 6.2b).
Góc trước và góc sau trong các tiết diện A A và OO như sau:

So với các hệ thống khác, hệ thống chạy dao của máy CNC có nhiều sự thay đổi
nhất so với máy thơng thường:
- Sự thay đổi rõ nhất là mỗi trục chạy dao được điều khiển bằng một động cơ
riêng.
- Sự phối hợp giữa các chuyển động tạo hình theo các phương là do bộ điều

khiển đảm nhiệm.


- Hệ thống truyền động cơ khí liên kết động học giữa các trục, kể cả các tay
quay là không cần thiết.

5.Tại sao phải tính tốn bù dao
Bù dao bởi vì khi vận hành máy CNC thì các thơng số kích thước trên dao sẽ ảnh
hưởng đến độ chính xác của chi tiết, nó sẽ làm sai lệch khi kích thước chi tiết bằng
kích thước bán kính của dao.
Ngồi ra bù dao trong CNC giúp cho đơn giản quá trình viết code của người lập
trình CNC, chỉ cần code theo như phần thiết kế. Việc bù giao sẽ giúp máy CNC tự
hiểu và setup vào trong q trình gia cơng.
Việc bù dao phay CNC giúp cho người lập trình có thể tính tốn đường
chạy dao theo kích thước bản vẽ. Bù dao trong lập trình CNC là một điều rất quan
trọng mà bạn cần phải biết khi học Phay CNC. Việc bù dao sẽ giúp cho việc đơn
giản hóa quá trình viết code, lúc đó bạn chỉ cần viết code theo đúng như bản vẽ
thiết kế
Bù dao phay CNC có 2 dạng cần quan tâm là bù bán kính dao và bù chiều dài dao.
Bù bán kính dao là tính năng của máy cnc cho phép lập trình biên dạng theo chính
xác kích thước của bản vẽ khi đó tâm dao sẽ nằm cách đường lập trình một
khoảng (bằng bán kính) dao cắt. Hệ thống tính tốn quỷ đạo tâm dao nhờ vào việc
khai báo đường kính hoặc bán kính dao trên máy cnc.

7


6. Khi chuẩn bị gia công CNC , người vận hành cần thực hiện cơng việc gì ?
-Đánh giá kiểm tra chương trình
Là cơng việc cơ bản mà bất kỳ người vận hành máy nào cũng phải tn thủ,

vì khơng thể chắc chắn lỗi do con người ra.
-Kiểm tra vật liệu gia cơng
+Khơng phải lúc nào vật liệu cũng có cơ tính giống nhau, và có khá nhiều
chủng loại vật liệu của cùng một tên gọi mà khi tiếp xúc nhiều bạn mới phân
biệt được ví dụ như nhơm thì có nhơm mềm, nhơm cứng và nó sẽ có mã hàng
như 50, 60, 70,..
+Và đơi lúc người lập trình cũng không để ý tới vật liệu gia công và việc chọn
chế độ cắt không phù hợp sẽ gây ra nhiều vấn đề do đó bạn phải để ý tới vấn đề
này
-Chuẩn bị dao cụ cần thiết
Đối với CNC bộ dao cắt sẽ gồm 2 phần là dao và đầu gá dao
Đầu gá dao sẽ gắn trực tiếp trong trục chính, tùy đường kính dao mà sẽ đi
kèm đồ gá phù hợp.
Đầu gá dao là dụng cụ tiêu chuẩn, và có độ côn nhất định, những cái này
thường đi kèm máy hoặc có sẵn trong xưởng, bạn tùy loại cán dao mà sử
dụng phù hợp.
- Cài đặt và khai báo dao
+ Cài đặt và khai báo cần một số bước cụ thể (tra trên cẩm nang hướng dẫn)
+ Khai báo dao để khi máy chọn dao sẽ lấy đúng dao phù hợp theo số được
khai báo
- Giá đặt phôi
Việc gá đặt phôi cũng cần những kỹ năng và kinh nghiệm nhất định để không
bị va chạm khi di dao di chuyển, không bị lệch khi gia công và không bị trầy,


móp tại những vị trí quan trọng
-Nạp chương trình gia công
Hầu hết các sản phẩm được gia công từ chương trình được lập trình trên máy
tính, khá ít sản phẩm lập trình tay.
-Bù trừ gia cơng

Trong thời gian gia cơng, dao có thể mịn đi và ta phải bù trừ phần mịn này
cho dao
Với nhiều dao được gá đặt thì chiều cao dao là không giống nhau, ta cũng
phải bù trừ chiều cao của dao
Một số trường hợp phải chạy biên dạng, mà phần mềm tính từ vị trí tâm dao,
ta phải bù trừ đường kính dao để khi chạy dao chỉ ăn từ mặt ngoài dao
-Chạy thử ( Dry run)
Là quá trình test máy, nhất là với những chi tiết cần gia công hàng loạt hoặc
những sản phẩm được gia công lần đầu tiên, và trên máy chưa gá đặt phơi để
xem có bất thường gì xảy ra khi máy chạy hay không
-Gia công thực tế
Sau các công đoạn thì, nhấn start để máy gia cơng sản phẩm
-Kiểm tra thường xuyên
Sau khi chi tiết được gia công xong, chúng ta sẽ kiểm tra, đo lường để xem sai
số của sản phẩm và đánh giá chất lượng của sản phẩm gia công, nếu chưa đạt
phải điều chỉnh sao cho phù hợp nhất
7. Ý nghĩa, khái niệm của từng điểm gốc, điểm chuẩn máy CNC.
- Điểm gốc máy M (Machine refrence zero): Qúa trình gia cơng trên máy điều
khiển theo chương trình số được thiết lập bằng chương trình mơ tả quỹ đạo chuyển
động tương đối giữa lưỡi cắt của dụng cụ và phơi.Vì thế để đảm bảo việc gia cơng
đạt được chính xác thì các dịch chuyển của dụng cụ phải được so sánh với điểm
0(zero) của hệ thống đo lường và người ta gọi là điểm gốc của hệ tọa độ máy.

9


- Điểm chuẩn của máy R: Để giám sát và điều chỉnh kịp thời quỹ đạo chuyển động
của dụng cụ, cần thiết phải bố trí một hệ thống đo lường để xác định quãng đường
thực tế so với tọa độ lập trình. Khi bắt đầu đóng mạch điều khiển của máy thì tất cả
các trục phải được chạy về 1 điểm chuẩn mà giá trị tọa độ của nó so với điểm gốc

của máy M phải luôn không đổi quy định . Điểm đó gọi là điểm chuẩn của máy R.
Điểm chuẩn của máy có tác dụng là điểm theo dõi của máy để hệ tọa độ thực trong
quá trình dịch chuyển đi đứng.
- Điểm gốc phôi W. Điểm zero(0) của phôi W xác định hệ tọa độ của phôi trong
quan hệ với điểm zero của máy M. Điểm W của phơi được chọn bởi người lập
trình và được đưa vào hệ thống CNC khi đặt số liệu máy trc khi gia công. Điểm
gốc của phôi để xác định và hiệu chỉnh hệ thống đo lường dịch chuyển.
- Điểm gốc chương trình P: Tùy thuộc vào bản vẽ chi tiết gia cơng mà người ta sẽ
có một hay một số điểm chuẩn để xác định tọa độ của các bề mặt khác điểm này là
điểm gốc P. Trog thực tế người ta chọn điểm gốc cùa phôi W trùng với điểm gốc
của chương trình P để thuận lợi cho quá trình lập trình ko phải thực hiện nhiều
phép tính tốn bổ sung.
- Điểm chuẩn của dao là điểm mà từ đó chúng ta lập chương trình chuyển động
trong q trình gia công. Đối với dao tiện , người ta chọn điểm nhọn của mũi dao
và đối với dao phay ngón, dao khoan thì người ta chọn điểm P ở trên tâm điểm
đỉnh dao, còn với dao phay đầu cầu , người ta chọn điểm P là tâm mặt cầu.
- Điểm gốc của dao E
- Điểm thay dao N: trong quá trình gia cơng, có thể ta phải dùng đến một số dao và
số lượng dao là tùy thuộc vào yêu cầu của bề mặt gia cơng, vì thế ta phải thực hiện
việc thay dao.
Khi sử dụng nhiều dao cần phải có điểm thay dao để khi thay dao tự động sẽ tránh
được dao chạm vào phôi của máy
8. Phân loại các phương pháp đo vị trí trên máy CNC thường dùng các loại đo
vị trí nào? Cho ví dụ?
Các phương pháp đo vị trí :
- Theo hình thức truyền động để lấy giá trị đo


+ Kiểu tịnh tiến
+ Kiểu quay

- Theo hình thức định lượng giá trị đo
+ Kiểu số
+ Kiểu tương tự
- Theo nguyên tắc đi
+ Kiểu gia số
+ Kiểu tuyệt đối
- Theo hình thức đo
+ Trực tiếp
+ Gián tiếp
-Trên máy CNC thường dùng phương pháp đo gia số
Ưu điểm:
Cấu trúc đơn giản
Giá thành rẻ
Nhược điểm:
Khơng trả về ngay giá trị vị trí tuyệt đối
Phải có điểm góc tham chiếu
Mỗi lần khởi động máy phải thực hiệm tham chiếu điểm góc
Ví dụ:
-Theo hình thức truyền động để lấy giá trị đo
+Kiểu tịnh tiến - Hệ thống đo bằng cảm ứng từ
+Kiểu quay - Thước đo cảm ứng quay khơng vịng qt
-Theo hình thức định lượng giá trị đo
+ Kiểu số - hệ thống đo bằng biến trở
+ kiểu tương tự - thước đo cảm ứng thẳng
11


- Theo nguyên tắc đo
+ Kiểu gia số cảm biến
+ kiểu tuyệt đối – thước đo cảm ứng quay

- Theo hình thức đo
+ Trực tiếp – thước đo cảm ứng thẳng
+ gián tiếp – thước đo cảm ứng quay
9.Trình bày nguyên lý của hệ thống đo vị trí kiểu số và gia số? Cho ví dụ?
 Sử dụng hiệu ứng quang điện
Nguyên tắc phản quang:
 Thước đo có các vạch chia phản quang và không phản quang đặt kế
tiếp nhau
 Nguồn sáng chiếu vào thước đo
 Tia sáng gặp vạch phản quang được phản xạ lại và được tế bào quang
điện hấp thụ => sinh ra điện áp cao (tín hiệu 1)
 Tia sáng gặp vạch chia phản quang và không được phản xạ lại => sinh
ra điện áp thấp (tín hiệu 0)
Ngun tắc soi thấu:
 Thước chia có các vạch chia soi thấu và không soi thấu đặt kế tiếp
nhau
 Nguồn sáng chiếu vào thước đo
 Tia sáng chui qua vạch soi thấu được tế bào quang điện hấp thụ =>
sinh ra điện áp cao(tín hiệu 1)
 Tia sáng gặp vạch không soi thấu lại, tế bào quang điện sinh ra điện áp
thấp (tín hiệu )) => sinh ra điện áp thấp (tín hiệu 0)
Ví dụ: Thước đo quang học


10.Vai trò, nhiệm vụ các pương pháp và ứng dụng bộ nội suy trong kỹ thuật
CNC?

 Vai trò :
Được sử dụng để thực hiện các đường dẫn công cụ tạo đường
viền. Chúng tạo ra một loạt các điểm dữ liệu trung gian giữa các

vị trí tọa độ nhất định và tính tốn vận tốc dọc trục của một trục
riêng lẻ dọc theo đường đồng mức.
 Nhiệm vụ:
• Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên
dạng cho trước trong một giới hạn dung sai xác định cho trước.
13


• Nội suy thành các yếu tố biên dạng cơ bản: đoạn thẳng (nội suy
tuyến tính), đường cong (nội suy vịng).
• Đưa ra vận tốc từng trục phù hợp với từng phân đoạn
 Các phương pháp:
• Nội suy tuyến tính
• Nội suy vịng trịn
• Nội suy xoắn ốc
• Nội suy parabol
• Nội suy khối
 Phạm vi ứng dụng:
Trong việc hình thành và tạo nên những họa tiết cần nhiều chi tiết thẩm mĩ , đường
cong , hình thù đặc biệt
Câu 11: Các yêu cầu đối với hệ điều chỉnh truyền động trong CNC?
 Có độ khuyếch đại tốc độ cao để giữ sai lệch điều chỉnh là thấp nhất
Tốc độ khuyếch đại :
Kv = Ux /deltaX
Ux : tốc độ cần của bàn máy chạy dao trên trục
Delta X: sai lệch điều chỉnh theo trục X
 Có độ giảm chấn cao để loại bỏ sự mất ổn định cũng như hiện tượng
dao động tại các vị trí đích
+ Độ giảm chấn D là thời gian cần thiết để 1 quá trình dao động tắt hết
+Nếu để xảy ra dao động , có thể xảy ra sự cắt vào vật liệu khơng

mong muốn tại vị trí này
+Độ giảm chấn phải >/1, do đó khơng xuất hiện các dao động tại điểm
kết thúc biên dạng
 Bộ truyền động có hằng số thời gian nhỏ


 Momen quán tính khối lượng của các bộ phận chuyển động phải có giá
trị nhỏ
 Tần số riêng về dao động cơ học cáo
 Các chi tiết cơ khí nằm trên dịng truyền lực có độ bền cao
 Các yếu tố truyền động cơ khí có khe hở nhỏ

Câu 12:Phân tích nguồn thơng tin trong hệ thống điều khiển trục chính
Trục chính trên máy CNC đảm bảo chuyển động cắt chính
- Trên máy phay, đó là trục mang dao phay
- Trên máy tiện là trục mang phôi
- Trên máy mài, trục chính mang đá mài.
Trục chính là bộ phận tiêu tốn năng lượng nhiều nhất trên máy. Vì vậy cơng
suất trục chính thường được dùng làm chỉ tiêu đánh giá công suất gia công của
máy.
Yêu cầu cơ bản đối với trục chính là có khoảng thay đổi số vịng quay rộng,
với momen lớn, ổn định và có khả năng quá tải cao.
Trên các máy thông thường: dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ hoặc
đồng bộ kèm hộp số cơ khí có cấp và vơ cấp

15


Trên máy cnc, tốc độ trục chính cần được điều khiển vơ cấp, tư động theo
chương trình, trong phạm vi rộng.

- Rất cần thiết khi thay đổi đường kính dao phay hoặc đường kính phơi tiện
mà lại cần duy trì vận tốc cắt ko đổi.
- Gia công ren bằng đầu taro cứng, gia cơng ren nhiều đầu mối.. cịn địi hỏi
phải định vị chính xác góc trục chính.


Bài tập

17



19