ứng dụng phần mềm mastercam tạo lập chương trình để gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay cnc - arimony

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




TRẦN CÔNG CHÍNH


ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƯƠNG
TRÌNH ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP
TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI





LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




TRẦN CÔNG CHÍNH


ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƯƠNG
TRÌNH ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP
TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Mã số:

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH 3
MỞ ĐẦU 5
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 6
1.1. Khái quát máy công cụ thông thƣờng và máy công cụ CNC 6
1.1.1. Đặc điểm máy cắt kim loại CNC 6
1.1.2. Cấu tạo của máy công cụ CNC 9
1.2 . Hệ thống điều khiển CNC 19
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC 19
1.2.2. Phần cứng – Máy tính 20
1.2.3. Các dạng điều khiển hình học trên máy công cụ CNC 20
1.3. Dụng cụ cắt trên máy phay CNC 25
1.3.1. Dao phay ngón 25
1.3.2.Dao phay mặt đầu 27
1.4. Khái quát về phƣơng pháp lập trình gia công trên máy công cụ CNC 28
1.4.1 Ngôn ngữ lập trình CNC. 28
1.4.2. Cơ sở hình học của lập trình 32
1.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC. 41

1.5.1. Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC 42
1.5.2. Lập trình bằng tay trên cụm CNC khác 42
1.5.3. Lập trình bằng tay trong chuẩn bị sản xuất. 42
1.5.4. Lập trình với sự trợ giúp của máy tính. 42

CHƢƠNG 2
MÁY PHAY CNC - ARMONI VÀ PHƢƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG. 43
2.1. Giới thiệu chung về máy phay CNC – ARMONI 43
2.2. Đặc tính kỹ thuật máy phay CNC – ARMONI 45
2.3. Phần mềm điều khiển và tập lệnh gia công trên máy 45
2.3.1. Các chuyển động chạy dao. 45
2.3.2. Các lệnh gia công dịch chuyển ( mã G) 46
2.3.3. Các lệnh gia công theo chu trình (từ G81 đến G89) 48
2.3.4. Các lệnh phụ trợ (M) 48
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


2
2.3.5. Cấu trúc của các lệnh gia công 49
2.4. Quy trình thao tác máy 68
2.5. Các chƣơng trình làm việc trong hệ điều khiển 68
2.5.1. Chức năng của các menu chính 68
2.5.2. Thao tác sử dụng các menu chính 70

CHƢƠNG 3
PHẦN MỀM MASTERCAM VÀ KHẢ NĂNG TỰ ĐỘNG TẠO LẬP CHƢƠNG
TRÌNH GIA CÔNG 86
3.1. phần mềm Master CAM 86
3.1.1. MasterCAM Design 86
3.1.2. MasterCAM Mill 99

3.2. phƣơng pháp Lập trình gia công và khả năng tự động tạo lập chƣơng trình
gia công trong MasterCAM 105
3.2.1 . Thiết kế bản vẽ chi tiết gia công 105
3.2.2. Chọn phôi 106
3.2.3. Chọn dụng cụ cắt 106
3.2.4. Tự động tạo lập chương trình gia công trong MasterCAM 106

CHƢƠNG 4
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƢƠNG TRÌNH NC ĐỂ
GIA CÔNG CHI TIẾT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI. 109
4.1. Chi tiết gia công 109
4.2. Trình tự các bƣớc gia công chi tiết 110
4.2.1. Thiết đặt các tham số phôi 110
4.2.2. lập các bước để gia công chi tiết 111
4.3. Chƣơng trình gia công 115
4.3.1. Chương trình gia công phay hạ bậc đường tròn ngoài 116
4.3.2. Chương trình gia công phay thô hạ bậc mặt trên 117
4.3.3. Chương trình gia công phay tinh hạ bậc mặt trên 119
4.3.4. Chương trình gia công phay chữ và hình các hình elips 120
KẾT LUẬN 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO 121
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


3
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC 8
Hình1.2: Bộ truyền chạy dao với trục vít me - đai ốc - bi 10
Hình 1.3: Kết cấu chính khe hở vít me đai ốc bi 11
Hình 1.4: Rãnh dẫn hướng 12

Hình 1.5: Các phương thức đo 14
Hình 1.6: Đài dao 16
Hình 1.7: Magazin dụng cụ 17
Hình 1.8: Sơ đồ thay thế dao động 18
Hình 1.9: Hệ thống điều khiển CNC 19
Hình 1.11: Các dạng chạy dao trong điều kiện điểm - điểm. 21
Hình 1.12: Điều khiển đường thẳng 22
Hình 1.13: Điều khiển theo contour 23
Hình 1.14: Điều khiển contour 24
Hình 1.16: Dao phay ngón chuôi trụ và dao phay ngón chuôi côn 26
Hình 1.17: Một số kết cấu đặc biệt của dao phay ngón 27
Hình 1.18: Một số loại dao phay mặt đầu 28
Hình 1.19a: Hệ 2 trục ( phẳng ) 32
Hình 1.20: Hệ toạ độ cực 33
Hình 1.21: Hệ trục toạ độ của máy CNC 34
Hình 1.23: Hệ toạ độ của máy CNC khi chi tiết chuyển động thay cho dụng cụ cắt 36
Hình 1.24: Điểm M của máy khoan cần (a) và của máy phay đứng (b) 36
Hình 1.25: Một điểm W (a) và nhiều điểm W (b) 37
Hình 1.27: Điểm chuẩn của dao 39
Hình 1.28: Điểm của giá dao T 39
Hình 2.1: Dịch chuyển dao theo lệnh G01 49
Hình 2.2: Dịch chuyển dao theo lệnh G02 50
Hình 2.3: Dịch chuyển dao theo lệnh G03 51
Hình 2.4: Dịch chuyển dao theo lệnh G08 51
Hình 2.5: Dịch chuyển dao theo lệnh G09 52
Hình2.6: Dịch chuyển dao theo lệnh G11, G12, G13 1
Hình 2.7: Lựa chọn mặt phẳng làm việc theo G17, G18, G19. 53
Hình 2.8: Dịch chuyển dao theo lệnh G33 54
Hình 2.9:Dịch chuyển dao theo lệnh G36 55
Hình 2.11: Dịch chuyển dao theo lệnh G38 1

Hình 2.12: Dịch chuyển dao theo lệnh G39 56
Hình 2.13: Lệnh bù trái G41 1
Hình 2.14: Dịch chuyển dao theo lệnh G41 57
Hình 2.15: Lệnh bù phải G42 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


4
Hình 2.16: Dịch chuyển dao theo lệnh G42 58
Hình 2.17: Toạ độ zê rô của các điểm offset 58
Hình 2.18: Dịch chuyển dao theo lệnh G73 59
Hình 2.19: Chu trình khoan lỗ - lệnh G81 60
Hình 2.20: Chu trình khoan lỗ G81 kết hợp với lệnh G93 60
Hình 2.21: Chu trình khoan lỗ sâu G83 61
Hình 2.23: Chu trình ta rô với lệnh G84 63
Hình 2.24: Chu trình khoét lỗ với lệnh G85 63
Hình 2.25: Chu trình doa với lệnh G86 64
Hình 2.26: Chu trình doa với lệnh G86 64
Hình 2.29: Các chức năng sử dụng phần mềm 68
Hình 2.30: Lựa chọn chương trình đã có sẵn hoặc tạo file mới 70
Hình 2.31: Soạn thảo hoặc sửa đổi chương trình 72
Hình 2.32: Các thông tin trợ giúp 73
Hình 2.33: Cấu trúc câu lệnh phay hốc hình chữ nhật 1
Hình 2.34: Đặt giá trị giữa các câu lệnh 75
Hình 2.35: Các chức năng trong chương trình mô phỏng 77
Hình 2.36: Hộp hội thoại khai báo kích thước phôi 78
Hình 2.37: Các chức năng của chế độ gia công trên máy công cụ 79
Hình 2.38: Lựa chọn chiều quay của trục chính 80
Hình 2.39: Chọn % lượng chạy dao 80
Hình 2.40 : Các chức năng điều khiển theo chế độ bằng tay 81

Hình 2.41: Các chức năng dịch chuyển 81
Hình 2.41: Các chức năng thay đổi lượng chạy dao 82
Hình 2.42: Các chức năng thay đổi trục chính 82
Hình 2.43: Bảng ghi giá trị toạ độ các trục X,Y,X sau khi rà. 84
Hình 3.1: Giao diện của MasterCAM 86
Hình 4.1: Mô hình lô gô trường Đại học sư phạm kỹ thuật Nam Định 109
Hình 4.2: Bước phay hạ bậc đường bao ngoài 113
Hình 4.3: Bước phay thô hạ bậc mặt trên 114
Hình 4.4: Bước phay tinh hạ bậc mặt trên 115
Hình 4.5: Bước phay chữ và các hình elip 115

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


5
MỞ ĐẦU
Công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đang đặt ra yêu cầu hết sức cấp
thiết đối với ngành cơ khí chế tạo máy. Đó là phải xây dựng cho được nền công nghiệp cơ
khí chế tạo máy hiện đại đủ khả năng chế tạo ra các thiết bị máy móc cho các ngành kinh
tế khác [1], [3], [8] đáp ứng yêu cầu công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
Bên cạnh việc đầu tư các thiết bị máy móc hiện đại, ứng dụng công nghệ cao cho
ngành cơ khí chế tạo máy thì một vấn đề vô cùng quan trọng là đầu tư khai thác có hiệu
quả hệ thống máy móc hiện đại và công nghệ cao đó [3], [7] , [8] .
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định là một trung tâm đào tạo cán bộ kỹ
thuật và giáo viên dạy nghề, đáp ứng yêu cầu sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá
đất nước. Trong những năm qua Nhà trường luôn quan tâm chú trọng đầu tư hệ thống
thiết bị máy móc hiện đại cho các phòng thí nghiệm, xưởng thực tập nhằm đáp ứng ngày
càng cao yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo - nghiên cứu khoa học - chuyển giao công
nghệ của trường trong giai đoạn đổi mới giáo dục.
Xưởng Cơ khí thuộc Bộ môn Cơ khí Chế tạo máy có nhiệm vụ thực hiện đào tạo

công nghệ và tay nghề cho các sinh viên. trong những năm qua được sự quan tâm của Nhà
trường đầu tư nhiều thiết bị máy móc hiện đại. Xưởng Cơ khí đã được nhà trường trang bị
một máy phay CNC - ARMONI [12] nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo công nghệ và tay
nghề cho sinh viên trong giai đoạn mới.
Máy phay CNC - ARMONI đã được xưởng cơ khí khai thác rất có hiệu quả trong
những năm vừa qua. Song cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và yêu cầu ngày
càng cao của công tác đào tạo công nghệ và tay nghề thì việc xây dựng môđun đào tạo và
ứng dụng các công nghệ CAD/CAM [4], [10], [11] tiên tiến để gia công các chi tiết trên
máy phay CNC – ARMONI là một vấn đề rất khoa học và thiết thực để mở rộng khả năng
công nghệ của máy, nâng cao hiệu quả khai thác máy. Ngoài ra, đây còn là kênh thông tin
hữu ích cho các sinh viên là các giáo viên tương lai trong việc tìm hiểu, thực hành về
công nghệ CNC cũng như xây dựng môđun đào tạo cho các đối tượng khác nhau khi ra
trường [2], [10]. Nhưng cho đến nay chưa có một đề tài nào nghiên cứu về vấn đề trên.
Nhận thức được điều đó, tôi đã mạnh dạn đặt vấn đề " Ứng dụng phần mềm
Mastercam tạo lập chương trình gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy
phay CNC – ARMONI ".
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


6
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
1.1. Khái quát máy công cụ thông thƣờng và máy công cụ CNC
1.1.1. Đặc điểm máy cắt kim loại CNC
Máy cắt kim loại CNC cho phép tập trung nguyên công ở mức độ cao nhất, do máy
có khả năng công nghệ cao, trên máy có thể thực hiện các nguyên công như: Tiện, Phay,
Khoan, Doa, Ta rô
Quá trình thay dao thực hiện tự động nhờ vào cơ cấu thay dao
Tốc độ trục chính và tốc độ chạy dao được điều chỉnh vô cấp do vậy việc lựa chọn
chế độ cắt rất hợp lý

Kết cấu cơ khí máy CNC gọn nhẹ hơn máy vạn năng cùng loại,
Máy CNC cho độ chính xác gia công cao, nó thực hiện lượng dịch chuyển chính
xác tới 0,001 mm.
Đối với các máy công cụ thông thường để thực hiện gia công chi tiết người công
nhân thường dùng tay để điều khiển máy (có một số chuyển động cắt và chuyển động
chạy dao do máy thực hiện). Người công nhân căn cứ vào phiếu công nghệ để thực hiện
gia công chi tiết đạt các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Đối với máy công cụ thông thường năng
suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công nhân. Mặc dù còn
nhiều hạn chế nhưng các máy công cụ thông thường hiện nay vẫn còn được sử dụng rất
rộng rãi với lý do là vốn đầu tư thấp và phù hợp với nền sản xuất cơ khí nhỏ.
Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được
quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn.
Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử. Thông tin vào chứa trên băng từ
hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối chưa kết thúc, máy đọc tiếp
các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết. Các máy NC chỉ thực hiện
các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, chức năng dọc theo băng. Các
máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


7
Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ máy NC. Các máy CNC có một máy
tính để thiết lập phần mềm điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Các chương
trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công máy tính
đưa các lệnh điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng
như: nội suy đường thẳng, cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào.
Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các chức năng
trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. Các chương trình lập ra có thể
được lưu trữ trong đĩa cứng hoặc đĩa mềm.
Hình 1.1 cho thấy sự khác nhau về mặt cấu tạo giữa máy công cụ thông thường và

máy công cụ CNC .


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


8
Hình 1.1. Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC
- Những đặc trưng khác nhau về mặt cấu tạo như bảng sau:

Máy công cụ truyền thống
Máy công cụ CNC
Truyền động
chính
Động cơ AC
Động cơ AC hoặc DC, động cơ
servo
Truyền động
chạy dao
- Thủ công (máy phay).
- Truyền động qua hộp số.
- Truyền động vít me - đai ốc
- Động cơ AC hoặc DC, động cơ
servo tịnh tiến bước.
- Truyền động vít me - đai ốc bi.
Điều khiển
- Thủ công- vô lăng.
- CNC

- Về các chức năng cơ bản giữa máy công cụ thường và máy công cụ NC, CNC như

bảng sau:

Máy công cụ truyền
thống
Máy công cụ NC
Máy công cụ CNC
Dữ liệu vào: Chỉnh thủ
công máy công cụ theo
bản vẽ, kẹp phôi, dụng
cụ và sắp xếp tương
quan giữa chúng
Dữ liệu vào: Chương
trình NC truyền vào bộ
điều khiển thông qua
bảng giao diện của máy.
Dữ liệu vào: Chương trình NC
nhập vào bộ điều khiển qua bàn
phím, đĩa hoặc giao diện dữ
liệu ( Serial, bus). Một số
chương trình NC được lưu ở bộ
nhớ trong.
Điều khiển thủ công:
Công nhân đặt thủ công
các giá trị công nghệ
(số vòng quay, lượng ăn
dao, lượng chạy dao),
điều khiển bằng các vô
lăng tay gạt.
Điều khiển NC: Bộ điều
khiển NC xử lý thông tin

về tốc độ, lượng chạy dao
hành trình của chương
trình và truyền các tín
hiệu điều khiển tương
ứng tới các thành phần
tương ứng của máy NC.
Điều khiển CNC: Cụm vi tính
tích hợp trong bộ điều khiển
CNC và phần mềm tương ứng
quản lý tất cả các chức năng
điều khiển của máy CNC. Các
bộ nhớ trong được sử dụng để
lưu chương trình, dữ liệu về
thiết bị, dụng cụ; số liệu bù
dao; chu kỳ tự do và chu kỳ cố
định. Phần mềm kiểm lỗi được
tích hợp trong bộ điều khiển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


9
CNC.
Kiểm tra kích thước :
Công nhân thỉnh thoảng
đo kiểm tra kích thước
của chi tiết, trong trường
hợp cần thiết chi tiết
được gia công lại.
Kiểm tra kích thước: Máy
NC đảm bảo độ ổn định

kích thước chi tiết gia
công nhờ có sự phản hồi
liên tục của hệ thống đo
và các động cơ servo
trong quá trình gia công.
Kiểm tra kích thước: Máy CNC
đảm bảo độ ổn định kích thước
chi tiết gia công nhờ có sự phản
hồi liên tục của hệ thống đo và
các động cơ servo. Các cảm
biến tích hợp, tạo khả năng
kiểm soát kích thước trong quá
trình gia công. Song song với
gia công, bộ điều khiển CNC có
khả năng hoạt động liên tục
kiểm nghiệm và tối ưu chương
trình NC mới.

1.1.2. Cấu tạo của máy công cụ CNC
Các thành phần chủ yếu của máy công cụ CNC bao gồm:
- Trục chính.
- Các trục quay và các trục chạy dao phụ.
- Thiết bị kẹp phôi.
- Các phương tiện thay đổi dao cụ.
1.1.2.1. Trục chính

- Trục chính của máy CNC cần để truyền công suất cần thiết gia công chi tiết, tạo
ra chuyển động quay chi tiết trên máy tiện và quay dao trên máy phay. Máy CNC cần có
một bộ truyền có tính ổn định cao để định vị gia công không bị thay đổi khi tải gia công
lớn và phải có tính động lực học đủ làm chủ sự thay đổi tốc độ nhanh mà không bị quá

đích. Để hiệu quả, động cơ cần phải đạt được momen max trên toàn bộ khoảng thay đổi
tốc độ. Điều này khó đạt vì thường momen của động cơ giảm tại tốc độ cao ( động cơ
không đồng bộ), một số động cơ không có khả năng cho momen cực đại tại điểm có tốc
độ thấp ( động cơ một chiều).
- Nhờ tiến bộ của công nghiệp vi điện tử ngày nay động cơ điện xoay chiều (AC) 3
pha thường được sử dụng để chạy trục chính máy CNC. Nhược điểm điều khiển phức tạp,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


10
số vòng quay của AC trở nên không đáng kể do sự giảm giá nhanh chóng các bộ điều
khiển điện tử (điều khiển tốc độ nhờ bộ chuyển đổi – convertor ). Lợi thế đáng kể của AC
so với động cơ DC như: cùng kích thước nhưng số vòng quay cao hơn tới 3 lần và công
suất đầu ra tốt hơn. Động cơ này hoạt động không có chổi than, vòng góp nên không cần
những bảo dưỡng tương ứng.
1.1.2.2. Các trục chạy dao
Các trục chạy dao thường đặt với kí tự X, Y, Z.
Máy tiện CNC có ít nhất 2 trục chạy dao X, Z có thể điều khiển, đó là chuyển động
kết hợp của bàn trượt. Máy phay CNC có 3 trục X,Y,Z, có thể điều khiển CNC, hai trong
số đó là chuyển động của bàn máy và trục thứ 3 là chuyển động trục chính .
* Truyền động chạy dao
- Các truyền động chạy dao tạo nên các chuyển động bàn trượt dao (máy tiện) và
bàn (máy phay). Bộ truyền chạy dao yêu cầu phải cung cấp một tốc độ thay đổi liên tục (0
100m/phút) với độ chính xác lặp lại (chuyển động êm, phản ứng nhanh với sự thay đổi
tốc độ). Các chuyển động của từng trục phải được thực hiện với tốc độ ăn dao lớn nhất và
thời gian định vị bé nhất (tính động ). Để thoả mãn những điều kiện này, một bộ truyền
động chạy dao CNC gồm những thành phần sau:

1-Động cơ 2-Bàn máy
3-Hệ thống đo 4-Vít me bi

5-Đai ốc bi
Hình1.2 – Bộ truyền chạy dao với trục vít me - đai ốc - bi
+ Động cơ và các bánh răng chống lại quá tải nhờ điều khiển điện tử.
+ Bộ truyền vít me bi truyền lực không khe hở.
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn


11
+ H thng o ng dch chuyn v sensor thng c lp ti cỏc mỳt cũn li
ca trc.
ng c cho truyn ng chy dao cú th l : ng c servo thu lc ( Cho cỏc
mỏy to), ng c bc, ng c mt chiu hoc xoay chiu iu khin in t. Truyn
ng t ng c (1) qua h thng truyn ng vớt me - ai c - bi. nh v chớnh xỏc b
chy dao (2) phi c ni vi h thng o (3). Mi trc iu khin ca mỏy CNC cú mt
h thng o t ng hiu cỏc tớn hiu o nh v chớnh xỏc b truyn chy dao. Thng
phõn gii c s dng o chiu di l 0,01 mm.
* H truyn ng vớt me- ai c bi: l h truyn ng chy dao. Khi ng c
quay trc cỏc viờn bi nm trong rónh gia vớt me- ai c ren cu m bo truyn lc vi
ma sỏt thp t trc vớt me qua ai c vo bn mỏy. m bo ren khp bi khụng r, hai
na ai c c kp cht i vi nhau qua vũng cỏch cng trc kh khe h. S truyn
ng khụng r m bo truyn ng ờm v di chuyn vi chớnh xỏc cao. Bi tun hon
n rónh nh cỏc rónh hi dn hng nm bờn trong hoc ngoi ai c.


Hình 1.3: Kết cấu chính khe hở vítme đai ốc bi
vòng cách để bắt căng tr-ớc
viên bi
Đai ốc có
rãnh bi xoắn
vít

Trục vítme có
rãnh bi xoắn vít

Hỡnh 1.3: Kt cu chớnh khe h vớt me ai c bi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


12


H×nh 1.4: R·nh dÉn h-íng
R·nh ®æi h-íng bi (bªn trong)
R·nh håi bi (bªn ngoµi)

Hình 1.4: Rãnh dẫn hướng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


13
* Hệ thống đo
Phƣơng thức đo
Gồm đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp
+ Đo vị trí trực tiếp: Thang đo được gắn trực tiếp trên bàn máy/ bàn chạy dao. Mọi
sự thiếu chính xác liên quan tới trục chính và bộ truyền không ảnh hưởng tới giá trị đo
được. Các giá trị đo được xác định bởi bộ thu nhận thông qua sự quét quang học trên
thang đo. Bộ thu nhận chuyển các giá trị này thành tín hiệu điện và đưa vào bộ điều khiển
– Phương pháp đo chính xác.
+ Quãng đường dịch chuyển được xác định bởi sự quay của vít me bi được gắn với
một đĩa xung đóng vai trò thang đo. Một bộ sinh tín hiệu ghi số vòng quay của đĩa xung
và truyền chúng vào bộ điều khiển. Khi đó bộ điều khiển sẽ tính chính xác chuyển động

của bàn trượt hoặc vị trí hiện thời của nó dựa vào nhịp quay tròn.

a-Đo trực tiếp
1-Thước đo 2- Hệ thống đo vị trí


b-Đo vị trí gián tiếp thông qua trục vít me chạy dao
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


14

3-Cảm biến góc quay. 4- Vít me đai ốc bi.

c-Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng thanh răng

5-Cảm biến góc quay. 6- Thanh răng.

Hình 1.5 Các phương thức đo

Hệ thống đo
Tuỳ thuộc vào thiết bị đo sử dụng mà có sự khác nhau của đo vị trí tuyệt đối và đo
vị trí gia số.
+ Đo vị trí theo tuyệt đối: Thang đo được mã hoá chỉ thị vị trí tức thời của bàn
trượt khi có kích thích quang điện tử ứng với một tín hiệu đo so với một điểm cố định -
điểm zêro máy. Phương pháp này giả định số đọc trong vùng thước đo là rộng như vùng
gia công và mã của thang đo nhị phân, điều này tạo cho bộ điều khiển thể hiện tại mỗi vị
trí đọc một giá trị số.
+ Đo theo vị trí gia số:
Thang đo với một lưới chia đơn giản gồm các vùng tối sáng. Khi chuyển động

chạy dao đi qua cảm biến, cảm biến đếm số lượng vùng sáng tối và tính ra vị trí hiện thời
của bàn trượt dựa vào sự chênh lệch kể từ vị trí trước đó của bàn máy.
Để đảm bảo phép đo gia số đúng, vị trí của bàn trượt phải được so ngay với một
điểm khi bộ điều khiển được bật – gọi là điểm tham chiếu máy (R), điểm đó có khoảng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


15
cách cố định tới điểm ZERO máy. Điểm R là chuẩn khi tính vị trí hiện thời của bàn theo
phương pháp đo vị trí gia số.
Khi tắt máy bộ điều khiển mất thông tin điều khiển về các chuyển động cơ khí. Vị
trí điểm gốc phải được khôi phục khi mỗi lần bật lại bộ điều khiển.
* Đầu trục chính: là bộ phận rất quan trọng.
- Ở máy tiện mâm cặp hoặc chấu bóp mang phôi được siết chặt vào đầu trục chính.
- Ở máy phay có lỗ để lắp dụng cụ cắt.
Do đó đầu trục chính được chuẩn hoá để đảm bảo khả năng thay thế của dụng cụ
kẹp là lớn nhất.
1.1.2.3. Các trục quay và trục chạy dao phụ
Bên cạnh các chuyển động thẳng dọc trục X, Y, Z máy CNC còn có thể thực hiện
điều khiển chuyển động quay quanh các trục. Các trục quay này được ký hiệu là A, B, C.
Một số máy CNC có bàn máy hoặc đầu trục quay. Trên đó phôi có thể được gia
công theo một số góc nghiêng phù hợp. Các trục này được điều khiển như các trục quay
độc lập hoặc như các trục quay phối hợp tạo nên những điều khiển 4,5 hoặc 6 trục. Các
trung tâm gia công ngoài các trục quay cơ bản cho bàn máy và đầu các trục chính, còn có
các trục chạy dao bổ xung. Các trục chạy dao bổ xung chỉ có thể được điều khiển khi các
bộ truyền động của trục X, Y, Z ở trạng thái tĩnh. Chuyển động trục W chỉ có thể được sử
dụng để gia công lỗ khoan theo mọi hướng. Các trục chạy dao bổ xung cho các trục X, Y,
Z được đặt là U, V, W.
* Thiết bị kẹp phôi
Thiết bị kẹp phôi giữ chi tiết gia công ở vị trí đúng và chính xác trên trục chính công

tác để tiện hoặc trên bàn công tác để phay. Chi tiết phải được kẹp sao cho không có độ rơ,
định vị đúng và chính xác, bền đối với ứng suất động. Số lượng chức năng có thể điều
khiển được trong mối quan hệ đến thiết bị kẹp phôi phụ thuộc vào phôi được đưa vào
trong máy như thế nào (thủ công hoặc tự động) và vào độ phức tạp của sự bố trí cặp phôi.
Trên máy tiện CNC, chấu cặp được điều khiển (đóng mở bằng chương trình NC),
thiết lập với một số áp lực kẹp . Trong tương lai, kẹp và rút phôi trên máy tiện sẽ được
thực hiện bằng robot. Đa số các chấu cặp được thiết kế cho phép nạp liệu tự đông, được
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


16
điều khiển thuỷ lực hoặc khí nén. Lực kẹp có thể điều chỉnh (phụ thuộc vào trọng lượng,
vật liệu, quan hệ chiều dài / đường kính, chiều sâu kẹp và các điều kiện gia công khác).
Chức năng chính của dụng cụ kẹp phôi trên máy phay CNC là định vị chính xác,
tạo khả năng thay phôi nhanh. Đối với các gia công đơn giản, có thể sử dụng gá kẹp thủ
công, bàn từ hoặc mâm cặp điều khiển thuỷ lực. Đối với gia công đa mặt, có thể cần loại
dụng cụ cho phép một số lần kẹp lại. Đối với chi tiết phay phức tạp, định vị phay cố định
có thể sử dụng một gá quay tự động, tích hợp hoặc lắp ngoài các hệ thống sẵn có, cho
phép phay không cần kẹp lại. Các bàn nâng chi tiết tiếp theo, được lắp ngoài khu vực gia
công để đưa chi tiết tự động vào vị trí gia công ngày càng được sử dụng nhiều.
1.1.2.4. Các phương tiện thay dao cụ
Máy công cụ CNC thường được trang bị với bộ thay đổi tự động. Tuỳ theo phạm
vi áp dụng và kiểu mà các bộ dụng cụ này có thể đồng thời lấy một số dao cụ khác nhau
và việc đặt dao cụ vào vị trí làm việc được gọi bởi câu lệnh của chương trình NC. Bộ thay
đổi dụng cụ có thể ở dạng đài dao (như hình 1.5) hoặc magazin dụng cụ (như hình 1.6).

Hình 1.6- Đài dao

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17

Hình 1.7 - Magazin dụng cụ

Đài dao được sử dụng cho máy tiện CNC còn magzin cho máy phay CNC. Khi
chương trình NC gọi một dụng cụ mới, đài dao quay cho tới khi con dao đó đến được vị
trí làm việc. Kiểu thay dao như vậy hiện nay thực hiện rất nhanh, hàng phân số của giây.
Phụ thuộc vào kiểu và kích thước, đài dao của máy CNC có 8 hoặc 16 ổ để dao.
Trong một trung tâm phay lớn có thể đến 3 đài dao được sử dụng đồng thời và các
magazine của các trung tâm này cho phép chứa 100 hoặc nhiều hơn các loại dụng cụ khác
nhau. Đó có thể là loại magazine dọc, vòng tấm hoặc magazin băng truyền.

* Hệ thống thay dao tự động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


18

H×nh 1.7: S¬ ®å thay thÕ dao tù ®éng

Hình 1.8: Sơ đồ thay thế dao động
Thay thế dụng cụ nhờ một hệ thống tay tóm . Việc thay đổi dụng cụ được thực hiện
với dụng cụ cánh tay kẹp khi một dụng cụ mới được gọi trong chương trình NC như sau:
- Dụng cụ mong muốn trong Magazin được định vị vào vị trí thay đổi.
Trục công tác về vị trí thay đổi.
- Tay tóm xoay đến dụng cụ cũ trên trục và dụng cụ mới trong Magazin lấy dụng
cụ tương ứng trên đầu trục chính và hốc dụng cụ. Xoay tay tóm đưa dụng cụ mới vào đầu
trục chính và dụng cụ cũ vào magazine, quay tay tóm về vị trí ban đầu. Quá trình thay đổi
dụng cụ chỉ kéo dài trong 6  10s, có hệ thống chỉ trong vòng 1s.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


19
1.2 . Hệ thống điều khiển CNC
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC
Các chức năng của hệ CNC có thể được phân thành : + Nhập dữ liệu vào.
+ Xử lý dữ liệu.
+ Xuất dữ liệu.
Hệ thống điều khiển có thể chia thành 3 phần sau:






Nhập dữ liệu Xử lý dữ liệu Xuất dữ liệu

1- CNC 2- Xử lý công nghệ 3- Xử lý hình học
4- Điều chỉnh dịch chỉnh 5- Điều khiển các trục X,Y,Z
6- Giá trị hiện thời
Hình 1.9 Hệ thống điều khiển CNC
Nhập dữ liệu liên quan đến giao diện: Hệ điều khiển – người điều khiển. Hệ điều
khiển gồm : bảng điều khiển và một số nối kết với các bộ lưu trữ tin ngoài ( đĩa mềm,
băng từ, máy in ).
- Xử lý: máy tính là trái tim của hệ điều khiển CNC, xử lý dữ liệu, thực hiện tất cả
các phần tính toán và những liên quan logic.

Ngưòi
điều

khiển
Bảng điều khiển
Các kết nối để đọc
vật mang tin (Băng
đục lỗ, Casset, đĩa
mềm)

Máy
tính
Giao
diện
điều
khiển
trục

Cung
cấp
nguồn

Máy
công
cụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


20
- Xuất dữ liệu: liên quan đến giao diện hệ điều khiển máy công cụ, xuất tín hiệu
điều khiển trục và nguồn cung cấp năng lượng.
1.2.2. Phần cứng – Máy tính
Máy tính chứa một hoặc một vài bộ vi xử lý và bộ nhớ trong. Bộ vi xử lý xử lý dữ

liệu chương trình nhập của người điều hành về dữ liệu công nghệ và hình học.
Các dữ liệu công nghệ được sử dụng là dao cụ, điều chỉnh tốc độ quay của trục
chính, hướng quay của trục chính, bật hoặc tắt dung dịch làm mát, thông qua bộ truyền hở
chúng được truyền tới thành phần tương ứng của máy công cụ CNC.
Các thông tin hình học của chương trình NC được truyền từ bộ điều khiển CNC
vào trong các giá trị thiết lập cho các bộ truyền động trục tịnh tiến ( X,Y,Z) có xem xét
các giá trị chạy dao hiện thời. Các chuyển dịch được tạo ra như vậy được kiểm tra liên tục
bởi vòng điều khiển kín vị trí trục.
Ví dụ chương trình NC gồm các chỉ lệnh tác động để máy phay dịch chuyển dụng
cụ một khoảng ( VD : 100 mm ), máy tính sẽ thực hiện như sau:
1- Bộ vi xử lý đọc được chỉ thị này, tính vị trí đích và khởi động bộ truyền động
chạy dao tương ứng.
2 - Hệ thống đo di chuyển luôn phản hồi vị trí của dụng cụ tại thời điểm bất kỳ về
bộ điều khiển. Bộ vi xử lý so sánh vị trí đó với vị trí đích. Nếu chưa đạt, truyền động chạy
dao tiếp tục chạy. Nếu đã đạt, truyền động chạy dao dừng và câu lệnh tiếp theo của
chương trình NC được đọc.
3- Lặp lại các bước 1 và 2.
Việc xử lý dữ liệu trong bộ vi xử lý có thể được người điều hành thay đổi tại bất cứ
thời điểm nào thông qua bảng điều khiển ( Tác động một chức năng cụ thể nào đó). Có một
số hệ điều khiển CNC được kết hợp với PLC ( xử lý các mạng logic).
1.2.3. Các dạng điều khiển hình học trên máy công cụ CNC
Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như
các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình . Do đó các dạng điều khiển của máy cũng được
chia ra thành: Điều khiển điểm - điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo
contour (điều khiển biên).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


21
1.2.3.1 Điều khiển điểm - điểm

Điều khiển điểm - điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ
bằng phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. ở đây chi tiết gia công được gá cố định
trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới
điểm đích dao bắt đầu cắt. Tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển mà bàn
máy dịch chuyển. Mục đích cần đạt là các kích thước a, b, c, d, đ. e phải chính xác, còn
quỹ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy đều không có ý nghĩa . (hình 1.9)
Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển
đồng thời theo hai trục (hình 1.10a) hoặc điều
khiển kế tiếp nhau (hình 1.10b). Trong trường
hợp chạy dao đồng thời theo hai trục X, Y thì
quỹ đạo chuyển động tạo thành một góc  so
với một trục nào đó (ví dụ trên hình 1.9 góc
hợp thành giữa quỹ đạo chuyển động của dao
và trục X là ).

H×nh 1.10: C¸c d¹ng ch¹y dao trong ®iÒu kiÖn ®iÓm - ®iÓm.
a) ®iÒu kiÓn ®ång thêi theo hai trôc.
b) ®iÒu khiÓn kÕ tiÕp

y
x
2
1
a)
y
x
2
1
a)
1’

o
o
o
o

Hình 1.11: Các dạng chạy dao trong điều kiện điểm - điểm.
a) Điều khiển đồng thời theo hai trục. b) Điều khiển kế tiếp.
Trong trường hợp chạy dao độc lập thì trước hết dao chạy song song với trục Y tới
điểm 1’ (lúc này toạ độ của X không thay đổi) sau đó dao chạy theo trục X để tới điểm
đích 2. Như vậy các chuyển động của dao theo các trục hoàn toàn độc lập với nhau.
1.2.3.2 Điều khiển đường thẳng
Hình 1.10: Điều khiển điểm - điểm
a
b
c
d
e
đ
1
2
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


22

H×nh 1.11: §iÒu khiÓn ®-êng th¼ng
x
Y
X

Z
a)
b)
Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện
lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động
song song hoặc vuông góc với trục của chi tiết ( trục Z ), hình 1.11a. Trên máy phay dụng
cụ cắt chuyển động song song với trục Y hoặc song song với trục X ( quỹ đạo được xác
định theo chiều mũi tên). Ta thấy trong cả hai trường hợp trên đây dụng cụ cắt chuyển
động độc lập theo từng trục một (không có quan hệ ràng buộc với trục khác). Dạng điều
khiển này được dùng cho các máy phay và máy tiện đơn giản.







Hình 1.12: Điều khiển đường thẳng
1.2.3.2. Điều khiển biên dạng (điều khiển contour)

Điều khiển theo biên dạng (theo contour) cho phép chạy dao trên nhiều trục cùng
lúc. Ví dụ, trên hình 1.12 cho thấy điểu khiển theo contour trên máy tiện (hình 1.12a) và
trên máy phay (hình1.12b).
Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo cả hai trục để
tạo ra một biên vừa có phần thẳng, vừa có phần cong. ở đây, các chuyển động theo các
trục có mối liên hệ hàm số ràng buộc với nhau. Dạng điều khiển này được ứng dụng trên
các máy tiện, máy phay và các trung tâm gia công. Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng
thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển contour 2D, điều khiển contour
D
2

1
2
và
điều khiển contour 3D (D là Dimension hay kích thước).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


23


a)
b)

H×nh 1.12: §iÒu khiÓn theo contour
a) trªn m¸y tiÖn; b) trªn m¸y phay

Hình 1.13: Điều khiển theo contour
a) Trên máy tiện; b) Trên máy phay