nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay cnc bằng dao phay đầu cầu

1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT
LƢỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC
BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU


DƢƠNG VĂN ĐỨC






THÁI NGUYÊN, 2011
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

DƢƠNG VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC BẰNG DAO
PHAY ĐẦU CẦU

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT










Thái Nguyên, 2011
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC




TS. Nguyễn Trọng Hiếu
HỌC VIÊN




Dƣơng Văn Đức

KHOA ĐÀO TẠO SĐH





BGH TRƯỜNG ĐHKTCN




PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng toàn bộ nội dung của luận văn là do tôi thực hiện, các số
liệu sử dụng trong thuyết minh, các kết quả phân tích tính toán hoàn toàn trung thực,
tuyệt đối không sao chép của đề tài khác.

Ngƣời thực hiện


Dƣơng Văn Đức

4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS. Nguyễn Trọng Hiếu, người đã hướng
dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và
hoàn chỉnh Luận văn.
Em cũng chân thành cảm ơn ThS. Trần Vũ Minh – Cán bộ Trung tâm EMCO -
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tận tình em trong quá trình thực hiện thí
nghiệm.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với các Thầy, Cô giáo Khoa Sau đại học - Trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành Luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, em rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn
đồng nghiệp.

5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
MỤC LỤC

Trang
LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN 4
MỤC LỤC 5
PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 7
MỞ ĐẦU 12
CHƢƠNG I 15
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 15
1.1. Lịch sử phát triển 15
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC 16
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm 16
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng 17
1.2.3. Điều khiển đường 17
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn 19
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC 19
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn 22
1.4. Ngôn ngữ và hình thức tổ chức lập trình CNC 27
1.4.1. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đối 28
1.4.2. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối 28
1.4.3. Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp 29
1.4.4. Chương trình theo hệ tọa độ độc cực 29
1.4.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC 30
CHƢƠNG II 33
PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ 33
2.1 . Lượng dư gia công và vết dao trong quá trình gia công thô. 33

2.1.1. Vết dao trong quá trình gia công thô. 33
2.1.2. Chiều cao nhấp nhô 34
2.1.3. Vai trò của chất lượng bề mặt chi tiết sau khi gia công thô. 35
2.2. Lý thuyết về lượng dư gia công linh động. 36
2.3 .Thiết lập đường dẫn dao cho phương pháp nghiên cứu. 37
6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2.3.1 Bề mặt gia công là mặt phẳng 38
2.3.2. Bề mặt gia công là mặt cong lỏm 41
2.3.3. Bề mặt gia công là mặt cong lồi 43
CHƢƠNG III 48
CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 48
3.1. Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 48
3.1.1. Máy phay PC MILL 55 48
3.1.2. Hệ điều khiển SINUMERIK trên máy phay PC MILL 55 51
3.1.2.1. Mã lệnh G 51
3.1.2.3. Các chu trình 69
3.1.2.4. Các câu lệnh hiệu chỉnh 87
3.1.2.5. Chương trình con 92
3.1.2.6. Các lệnh điều khiển trục chính 94
3.2. Tiến hành cắt thử mẫu 96
3.2.1 Gia công bề mặt phẳng. 96
3.2.1.1 Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp thông thường. 98
3.2.1.2 Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp nghiên cứu. 100
3.2.1.3 So sánh 2 mẫu cắt được. 102
3.2.2 Gia công bề mặt cong. 102
3.2.2.1 Gia công bề mặt cong theo phương pháp thông thường. 103
3.2.2.2 Gia công bề mặt cong theo phương pháp nghiên cứu. 105
3.2.2.3 So sánh 2 mẫu gia công. 106
Kết luận chương 3 107

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Chương I.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
Hình 1.1
Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC
Hình 1.2
Điều khiển điểm – điểm
Hình 1.3
Điều khiển đoạn thẳng
Hình 1.4
Điều khiển 2D
Hình 1.5
Điều khiển 3D
Hình 1.6
Điều khiển 2D
Hình 1.7
Điều khiển 4D và 5D
Hình 1.8
Hệ tọa độ trên máy CNC
Hình 1.9
Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
Hình 1.10
Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sau
Hình 1.11
Hệ tọa độ trên máy phay đứng
Hình 1.12

Hệ tọa độ trên máy phay ngang
Hình 1.13
Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đứng và máy tiện
Hình 1.14
Điểm gốc phôi W, gốc chương trình P và gốc máy M
Hình 1.15
Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ
cùng nằm trên một đường tròn
Hình 1.16
Điểm chuẩn P của dao
Hình 1.17
Các điểm gốc của dụng cụ
Hình 1.18
Hệ tọa độ tuyệt đối
Hình 1.19
Hệ tọa độ tương đối
Hình 1.20
Hệ tọa độ hỗn hợp
Hình 1.21
Hệ tọa độ độc cực

8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Chương II
PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ
Hình 2.1
Chiều cao nhấp nhô h và bước tiến dao ngang g
Hình 2.2
Bước tiến của dao phay ngón đầu cầu
Hình 2.3

Bước tiến của dap phay ngón phẳng
Hình 2.4
Quá trình gia công tinh
Hình 2.5
Đường dẫn dao ở các lớp cắt khác nhau
Hình 2.6
Chiều cao nhấp nhô và bước tiến dao ngang.
Hình 2.7
Chiều cao nhấp nhô, chiều sâu cắt và bước tiến ngang
Hình 2.9
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp
thông thường
Hình 2.10
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.11
Lượng dư còn lại khi gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.12
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp
thông thường
Hình 2.13
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.14
Lượng dư còn lại khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.8
Mô phỏng gia công trên phần mềm CATIA bằng dao phay đầu cầu

9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Chƣơng III
TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM CẮT THỬ
Hình 3.1
Máy phay PC MILL 55
Hình 3.2
Gá đặt chi tiết trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.3
Bàn phím điều khiển
Hình 3.4
Gia công Contour trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.5
Sản phẩm trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.6
Gia công trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.7
Chèn vát góc, lượn góc
Hình 3.8
Nội suy cung tròn
Hình 3.9
Nội suy 3 điểm S, E, M
Hình 3.10
Nội suy 2 điểm S, E và R
Hình 3.11
Nội suy với góc chắn cung

Hình 3.12
Nội suy 3 điểm S, E và điểm trung gian
Hình 3.13
Nội suy theo đường xoắn ốc
Hình 3.14
Dừng chính xác
Hình 3.15
Gia công theo contour
Hình 3.16
Xác định mặt phẳng làm việc
Hình 3.17
Gia công ren
Hình 3.18
Taro
Hình 3.19
Bù bán kính dụng cụ
Hình 3.20
Dịch chuyển tại góc phôi
Hình 3.21
Bù trái G41
Hình 3.22
Bù phải G42
Hình 3.23
Dịch chuyển điểm 0
Hình 3.24
Kích thước tuyệt đối/ tương đối
Hình 3.25
Hệ tọa độ cực
Hình 3.26
Tiếp cận và rời đi của dụng cụ

10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Hình 3.27
Hướng dịch chuyển với G430/G431
Hình 3.28
Hướng tiếp cận và rời đi của dụng cụ với NORM, KONT
Hình 3.29
Chu trình phay bề mặt 71
Hình 3.30
Phương thức di chuyển của dụng cụ
Hình 3.31
Chu trình phay contour 72
Hình 3.32
Ví dụ chu trình 72
Hình 3.33
Chu trình gia công ren 90
Hình 3.34
Ví dụ chu trình 90
Hình 3.35
Ví dụ gia công rãnh
Hình 3.36
Gia công rãnh dài trên đường tròn
Hình 3.37
Ví dụ Longhole
Hình 3.38
Gia công rãnh, rãnh cong trên đường tròn
Hình 3.39
Ví dụ SLOT1
Hình 3.40
Ví dụ SLOT2

Hình 3.41
Gia công hốc chữ nhật, hốc tròn
Hình 3.42
Ví dụ Pocket1
Hình 3.43
Ví dụ Pocket2
Hình 3.44
Gia công hốc POCKET3/4
Hình 3.45
Ví dụ Pocket3
Hình 3.46
Ví dụ Pocker4
Hình 3.47
Ví dụ chu trình 76
Hình 3.48
Ví dụ chu trình 77
Hình 3.49
Các câu lệnh hiệu chỉnh
Hình 3.50
Tính theo điểm 0 hiện hành G54-G599
Hình 3.51
ATRANS tính theo điểm 0 tồn tại trước đó G54-G599, TRANS
Hình 3.52
Xoay hệ tọa độ
Hình 3.53
Ví dụ xoay hệ tọa độ
Hình 3.54
Lấy tỷ lệ
Hình 3.55
Ví dụ lấy tỷ lệ

11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Hình 3.56
Lấy đối xứng
Hình 3.57
Ví dụ lấy đối xứng
Hình 3.58
Chương trình với chương trình con
Hình 3.59
Số lần lặp P
Hình 3.60
Gọi chương trình con
Hình 3.61
Các lệnh điều khiển trục chính
Hình 3.62
Dịch chuyển của dụng cụ phía ngoài và phía trong contour
Hình 3.63
Mẫu phôi thí nghiệm
Hình 3.64
Gá đặt phôi
Hình 3.65
Lập chương trình gia công
Hình 3.66
Đường dẫn dao theo phương pháp thông thường
Hình 3.67
Chi tiết đang gia công
Hình 3.68
Mẫu gia công thô thu được với chế độ cắt trên
Hình 3.69
Đo sơ bộ kích thước đỉnh nhấp nhô của chi tiết

Hình 3.70
Đường dẫn dao theo phương pháp mới
Hình 3.71
Lát cắt trên đỉnh nhấp nhô của phương pháp nghiên cứu
Hình 3.72
Chi tiết đã gia công xong bằng phương pháp nghiên cứu
Hình 3.73
Đo sơ bộ kích thước đỉnh nhấp nhô của chi tiết
Hình 3.74
Hai mẫu gia công
Hình 3.75
Phôi gia công bề mặt cong
Hình 3.76
Đường dẫn dao theo phương pháp thông thường
Hình 3.77
Kết quả cắt thử theo phương pháp thông thường trên phôi nhựa
và phôi nhôm
Hình 3.78
Đường chạy dao theo phương pháp nghiên cứu
Hình 3.79
Kết quả cắt thử theo phương pháp mới trên phôi nhựa và phôi
nhôm
Hình 3.80
Hai mẫu gia công với phôi nhôm
Hình 3.81
Hai mẫu gia công với phôi nhựa
12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trên tất cả các
lĩnh vực đòi học các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất
lượng sản phẩm, mức độ tự động hóa sản xuất và đặc biệt là chất lượng bề mặt của
chi tiết gia công. Tuy nhiên các máy công cụ vạn năng truyền thống khó có thể đáp
ứng được nhu cầu này. Xuất phát từ thực tế đó, các máy công cụ CNC đã được đưa
vào ứng dụng để tạo ra những chi tiết có chất lượng sản phẩm cao phù hợp với nhu
cầu của xã hội.
Phay trên Máy CNC là một trong những nguyên công được ứng dụng rộng rải
để gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp, phay thô là nguyên công để chuận bị
phôi cho phay tinh. Nếu chất lượng phôi không tốt có thể gây hỏng dụng cụ cắt
hoặc tạo ra sản phẩm chất lượng thấp. Ngược lại nếu chất lượng phôi tốt có thể kéo
dài tuổi thọ của dụng cụ cắt và nâng cao chất lượng của chi tiết gia công.
Để tăng khả năng bóc tách kim loại trong quá trình gia công thô, nhiều nghiên
cứu đã được tiến hành cũng như nhiều bài báo đã được xuất bản. Ví dụ như, B.
Lauiwers và P.P. Lefebvre [1] đã phát triển một phương pháp gia công thô bề mặt
phức tạp của khuôn đúc trên máy 5 trục, phương pháp này dựa trên công nghệ
chuyển đổi, công nghệ này thường được biết tới để tính toán sự chuyển đổi giữa các
bản đồ điểm ảnh 2D. Dựa trên đường tiến dao kiểu zigzag hoặc contour, 3 modul
xây dựng mã lệnh NC cho việc gia công thô bề mặt khắc được giới thiệu bởi Tao và
Ting [2] với mục đích đạt được đường tiến dao hiệu quả nhất trong một khoảng thời
gian gia công nhất định.
Những phương pháp trên rất hiệu quả và một vài phương pháp đã được áp dụng
vào thực tế. Tuy nhiên, bề mặt tinh hay biên dạng của phần vật liệu dư trong những
nghiên cứu trên không được đưa ra như một yếu tố quan trọng hoặc bị loại bỏ hẳn.
Trên thực tế, hình dáng và kích thước của phần vật liệu dư có ảnh hưởng lớn trong
13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
một vài ứng dụng. Ví dụ trong gia công tốc độ cao, để đáp ứng yêu cầu là chiều sâu
cắt không đổi cần phải có dụng cụ cắt không bị gãy trong quá trình gia công. Những

biên dạng chi tiết không đồng đều sẽ dẫn đến sự biến đổi lực cắt, từ đó có thể gây ra
gãy dụng cụ cắt. Để đạt được bề mặt gia công tinh tốt hơn, đòi hỏi phải có thêm lần
gia công cũng như thêm thời gian gia công. Nếu như gia công thô có thể đem lại
chất lượng bề mặt gia công tinh tốt hơn, từ đó có thể loại bỏ được lần gia công bán
tinh dẫn đến giảm thời gian gia công, và giảm giá thành sản phẩm. Tuy nhiên, cho
tới nay, chưa có nghiên cứu nào về việc tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô
được tiến hành.
Xuất phát từ thực tế đó tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp nâng
cao chất lƣợng gia công thô trên máy phay CNC bằng dao phay đầu cầu” làm
đề tài tốt nghiệp.
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết về
nghiên cứu máy CNC và lập trình gia công trên máy.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ ứng dụng vào việc nâng cao chất lượng gia
công thô trên máy phay CNC.
3. Mục đích của đề tài
- Mục đích của đề tài là nghiên cứu một phương pháp gia công thô bằng cách
xem xét đến lượng dư gia công linh động trong quá trình gia công. Mục đích của
phương pháp là xây dựng đường chạy dao tối ưu dựa trên lượng dư mà đường chạy
dao trước đó để lại, và cắt đi phần lượng dư này. Từ đó đem lại chất lượng bề mặt gia
công thô tốt hơn mà không làm tăng thời gian gia công khi phay thô trên máy CNC.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy phay EMCO Concept Mill 55 sử dụng
hệ điều khiển SINUMERIK.
14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ gia công trên máy phay CNC.

- Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành trên máy phay EMCO Concept Mill
5. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu công nghệ gia công
trên máy phay EMCO Concept Mill 55 từ đó tiến hành cắt thử mẫu theo phương
pháp nghiên cứu và phương pháp thông thường để so sánh kết quả.
6. Cấu trúc luận văn
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ CAD/CAM- CNC.
Chương 2: Phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô.
Chương 3: Tiến hành thí nghiệm và cắt thử.

15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
1.1. Lịch sử phát triển

Hình 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC
Năm 1952 máy điều khiển số NC (Numerical Control) đầu tiên ra đời và
chương trình gia công được lập trình theo ngôn ngữ APT (Automatically
Programmed Toolls) do viện nghiên cứu Masschusetts tạo ra. Không lâu sau đó bắt
đầu xuất hiện khái niệm CAD (Computer Aided Design).
Vào những năm 70 các hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control),
ngoài các chức năng riêng của hệ NC thì hệ CNC còn có thể thực hiện được nhiều
chức năng khác nhau, nó có bộ phận lưu giữ chương trình và có thể thay đổi được
chương trình gia công.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học với sự xuất hiện của các máy vi
tính hiện đại cho khả năng ghép nối quá trình thiết kế với quá trình gia công thành
một dự án tổng thể với sự trợ giúp của máy vi tính đã tạo ra công nghệ CAD/CAM
(Computer Aided Manufacturing) và không lâu sau đó là các hệ thống sản xuất linh

16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
hoạt FMS (Flexible Manufacturing System).
Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bắt đầu
xuất hiện từ những năm 80. Mục tiêu của CIM là gia công tự động linh hoạt, nó cho
khả năng gia công đạt hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi số lượng gia công không lớn.
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC
Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại máy và cơ cấu điều khiển, hệ điều khiển có
thể chia thành 3 loại cơ bản: điều khiển điểm – điểm; điều khiển đoạn thẳng và điều
khiển đường (tuyến tính hoặc phi tuyến). Trong đó các máy điều khiển đường có
khả năng điều khiển điểm – điểm và điều khiển đoạn thẳng.
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm
Với các máy loại này, trong quá trình gia
công dụng cụ được định vị nhanh đến vị trí
tọa độ yêu cầu. Trong quá trình dịch chuyển
nhanh dụng cụ không thực hiện quá trình cắt
gọt, chỉ đến khi đến tọa độ yêu cầu dụng cụ
mới thực hiện quá trình gia công cắt gọt. Các
máy có hệ điều khiển loại này là: máy khoan,
khoét, doa, máy hàn điểm, đột, dập
Ví dụ khi gia công hai lỗ A và B ta có thể
thực hiện như sau:

Hình 1.2. Điều khiển điểm – điểm
Trước hết, cho dụng cụ chạy nhanh đến điểm A, sau đó thực hiện gia công lỗ A,
sau khi gia công xong lỗ A dụng cụ rút ra khỏi lỗ và chạy nhanh đến vị trí B. Sau
khi đến vị trí B dụng cụ thực hiện gia công lỗ B, sau đó rút dụng cụ ra khỏi lỗ và kết
thúc quá trình gia công. Việc dịch chuyển dụng cụ từ A đến B có thể thực hiện theo
2 cách được biển diễn trên hình 1.2.
17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng
Với các máy loại này, trong quá trình
dịch chuyển theo các trục tọa độ dụng cụ vẫn
thực hiện quá trình gia công. Ví dụ khi thực
hiện phay các bề mặt song song với các trục tọa
độ hoặc khi tiện các chi tiết dụng cụ thực hiện
các chuyển động cắt gọt theo phương X hoặc Z.

Hình 1.3. Điều khiển đoạn thẳng
1.2.3. Điều khiển đƣờng
Ngoài các chức năng điều khiển điểm và điều khiển theo đoạn thẳng, các máy
CNC còn có khả năng điều khiển dụng cụ chuyển động theo các đường bất kỳ trong
mặt phẳng hoặc trong không gian để thực hiện gia công cắt gọt.
Tùy thuộc vào đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có
thể bố trị số trục được điều khiển đồng thời là bao nhiêu. Cũng từ nguyên nhân này
mà xuất hiện thuật ngữ máy 2D (Dimention), 3D, 4D, 5D (tức là máy có số trục
được điều khiển đồng thời theo quan hệ ràng buộc). Ngày nay các thuật ngữ này đã
được chuẩn hóa và sử dụng rất phổ biến.
Điều khiển 2D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ trong một mặt phẳng nhất định nào đó. Ví
dụ trên máy tiện dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt
phẳng XOZ để tạo nên đường sinh của chi tiết còn
trên các máy phay 2D dụng cụ sẽ thực hiện các
chuyển động trong mặt phẳng XOY để tạo nên các
đường rãnh, đường cong hay mặt bậc có biên dạng
bất kỳ.

Hình 1.4. Điều khiển 2D

18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Điều khiển 3D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ trong một 3 mặt phẳng đồng thời để tạo
nên một đường cong hay một mặt cong bất kỳ
trong không gian. Điều này tương ứng với quá
trình điều khiển đồng thời cả 3 trục của máy
theo quan hệ ràng buộc để tạo nên quỹ đạo của
dụng cụ theo yêu cầu.

Hình 1.5. Điều khiển 3D
Điều khiển 2D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ theo 2 trục đồng thời để tạo nên một
đường cong phẳng, còn trục thứ 3 được điều
khiển chuyển động độc lập. Sự khác biệt ở dạng
điều khiển này so với dạng điều khiển dạng 2D
là hai trục được điều khiển đồng thời có khả
năng đổi chỗ cho nhau. Điều này có nghĩa là có
thể thực hiên các đường cong 2D trong các mặt
phẳng XOY hoặc XOZ hoặc YOZ.

Hình 1.6. Điều khiển 2D
Điều khiển 4D, 5D
Dựa trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết
có thêm 1 chuyển động quay (hoặc 2 chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào đó
theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D.
Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể được
thực hiện dễ dàng hơn so với gia công trên máy 3D.

19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Mặt khác, vì lý do công nghệ nên
có những bề mặt không thể thực hiện
gia công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ
khác nhau hoặc sẽ có những điểm có
tốc độ cắt bằng 0 (ví dụ tại đỉnh của dao
phay đầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ
không thể thực hiện việc gia công theo
mong muốn (ví dụ như góc cắt không
thuận lợi hay có thể bị va chạm giữa
dao với chi tiết…)

Hình 1.7 Điều khiển 4D và 5D
Tóm lại, tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy
thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và phải bổ xung thêm
nhiều công cụ khác. Hơn nữa, máy càng phức tạp thì tính an toàn trong vận hành và
sử dụng càng thấp (dễ bị va chạm vào phôi và máy). Vì vậy, để sử dụng các máy
nhiều trục người điều khiển cần thành thạo và có kinh nghiệm trong điều khiển máy
theo chương trình số 2D và 3D.
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC
Để tính toàn quỹ đạo chuyển
động của dụng cụ, cần thiết phải
gắn vào chi tiết một hệ trục tọa
độ. Thông thường trên các máy
CNC người ta thường sử dụng hệ
tọa độ Đê-các OXYZ theo quy
tắc bàn thay phải (hệ tọa độ
thuận).

Hình 1.8. Hệ tọa độ trên máy CNC
20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Gốc của hệ trục tọa độ có thể đặt tại bất kỳ điểm nào trên chi tiết (về mặt
nguyên tắc), nhưng thông thường người ta sẽ chọn những điểm thuận lợi cho việc
lập trình, đồng thời để dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ chi tiết gia công mà
không phải thực hiện nhiều bước tính toán bổ xung.
Một số điểm mang tính quy ước là trên các máy CNC, chi tiết gia công được
xem là cố định và luôn gắn với hệ tọa độ cố định, còn mọi chuyển động tạo hình và
cắt gọt đều do dụng cụ thực hiện. Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ
trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn
dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt.Vì vậy, khi sử dụng máy CNC cần luôn
tạo ra thói quen để tránh nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây nguy hiểm cho dụng cụ và
con người.
Theo quy ước chung, phương của trục chính máy là phương của trục OZ, còn
chiều dương của nó được quy ước là khi dao tiến ra xa khỏi chi tiết.

Hình 1.9. Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
Ví dụ, với máy tiện 2D thông thường thì trục chính nằm ngang và trùng với
phương OZ của hệ tọa độ, chiều dương hướng ra khỏi ụ chính (hướng về phía bàn
dao). Phương chuyển động của bàn xe dao theo hướng kính là phương OX và chiều
dương của nó là hướng ra xa bề mặt chi tiết gia công.
Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên, còn
trục X và trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế
các nhà chế tạo lại thường ưu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy
21
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
dài hơn… Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục tương ứng X, Y, Z
được xác định bằng các ký hiệu A, B, C sẽ được xác định là dương khi chiều quay

của nó có hướng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dương của các trục
tọa độ tương ứng (khi nhìn vào gốc hệ trục tọa độ từ phía các trục thì chiều quay
của chúng là ngược chiều kim đồng hồ). Ngoài ra, còn một số chuyển động phụ
song song với các trục tương ứng với X, Y, Z là các chuyển động có ký hiệu U, V,
W và hướng của chúng được biểu diễn trên hình 1.9.
Hệ tọa độ trên máy tiện
Máy tiện thường có hai loại 2D và 3D, trong đó loại 2D phổ biến hơn vì nó có
thể gia công được tất cả các bề mặt trụ ngoài hoặc trụ trong có đường sinh bất kỳ.
Các máy tiện 3D được bố trí thêm trục quay thứ 3 là trục quay của trục chính
(thường gọi là trục C – quay quanh OZ) và trên đầu dao Rovonve còn có một
chuyển động quay của dụng cụ tạo nên vận tốc cắt để thực hiện các công việc như
khoan, khoét, doa các lỗ đồng tâm hay lệch tâm với tâm chi tiết hoặc phay các rãnh
then, rãnh cam thùng trên chi tiết gia công. Chiều quay của trục C là cùng chiều kim
đồng hồ nếu nhìn theo hướng của trục Z.

Hình 1.10. Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sau


22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Hệ tọa độ trên máy khoan, máy phay đứng
Với máy khoan và máy phay
đứng, trục chính của máy hướng theo
phương thẳng đứng và trùng với
phương của trục OZ trong hệ Đê-các,
chiều dương của trục OZ hướng lên
trên. Trục OX và OY là hai trục nằm
trên bàn máy với quy ước chọn OX là
trục có chiều dài dịch chuyển lớn hơn.
Chiều dương của trục OX có hướng

sang bên phải khi nhìn từ trục chính
xuống chi tiết gia công (nhìn ngược
chiều với chiều dương của trục OZ)

Hình 1.11. Hệ tọa độ trên máy phay đứng
Hệ tọa độ trên máy phay nằm ngang
Trục chính máy phay ngang là
nằm ngang theo phương của trục OZ,
chiều dương của trục OZ hướng vào
máy. Trục OX nằm trên mặt phẳng
định vị của chi tiết (hoặc song song
với mặt phẳng định vị) và chiều dương
của OX hướng về phía trái nếu nhìn
theo hướng trục chính.

Hình 1.12. Hệ tọa độ trên máy phay ngang
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn
Điểm gốc máy (M)
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Quá trình gia công trên máy CNC được thiết lập bằng một phương trình mô tả
quỹ đạo chuyển động tương đối giữa lưỡi cắt của dụng cụ và phôi. Vì vậy, để đảm
bảo việc gia công đạt độ chính xác thì các dịch chuyển của dụng cụ phải được so
sánh với điểm 0 (điểm zero) của hệ thống đo lường và được gọi là điểm gốc của hệ
tọa độ máy hay gốc đo lường M. Các điểm M được nhà chế tạo quy định trước.
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 (tọa độ thực) so
với tọa độ lập trình. Trên các máy CNC người ta đặt các mốc để theo dõi các tọa độ
thực của dụng cụ trong quá trình dịch chuyển, vị trí của dụng cụ luôn luôn được so

sánh với gốc máy M. Khi bắt đầu đóng mạch điều khiển của máy thì tất cả các trục
phải được chạy về một điểm chuẩn mà giá trị tọa độ của nó so với điểm M phải luôn
luôn không đổi và do các nhà chế tạo quy định. Điểm đó gọi là điểm chuẩn của máy
R. Vị trí của điểm chuẩn được tính toán chính xác từ trước bởi một cữ chặn lắp trên
bàn trượt và các công tắc hành trình. Do độ chính xác vị trí của các máy CNC rất
cao (cỡ 0,001mm) nên khi dịch chuyển trở về điểm chuẩn của các trục thì ban đầu
nó chạy nhanh khi đến gần vị trí thì chuyển sang chế độ chạy chậm để định vị chính
xác.


Hình 1.13. Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đứng và máy tiện
24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Điểm gốc phôi (W)
Khi bắt đầu gia công, cần phải tiến hành xác định tọa độ của điểm gốc phôi so
hoặc điểm gốc chương trình so với điểm gốc máy (M) để xác định và hiệu chỉnh hệ
thống đo lường dịch chuyển.
Điểm gốc phôi W xác định hệ tọa độ của phôi trong quan hệ với điểm gốc máy
M. Điểm W được chọn bởi người lập trình và được đưa vào hệ điều khiển CNC khi
cài đặt số liệu máy trước gia công.
Điểm gốc phôi W có
thể được chọn tùy ý bởi
người lập trình trong
phạm vi không gian làm
việc của máy và chi tiết.
Tuy vậy, nên chọn điểm
W nằm trên phôi để
thuận tiện khi xác định
các thông số giữa W và

M.

Hình 1.14. Điểm gốc phôi W, gốc chương trình P và
gốc máy M
Giả sử với chi tiết tiện, người ta chọn điểm W đặt dọc theo trục quay (tâm trục
chính máy tiện) và có thể chọn đầu mút trái hay đầu mút phải của phôi. Đối với chi
tiết phay, nên lấy một điểm nằm ở góc phôi làm điểm W.
Điểm gốc chương trình (P)
Tùy thuộc vào bản vẽ chi tiết gia công mà người ta sẽ có một hay một số điểm
chuẩn để xác định tọa độ của các bề mặt khác. Trong trường hợp đó, điểm này được
gọi là gốc chương trình P (Programmed).Thực tế trong quá trình gia công, nếu chọn
25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
điểm gốc phôi W trùng với điểm gốc chương trình P thì chương trình sẽ càng thuận
lợi cho quá trình lập trình vì không phải thực hiện nhiều phép tính toán bổ xung.

Hình 1.15. Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ
cùng nằm trên một đường tròn
Điểm gá đặt (C)
Là điểm tiếp xúc giữa phôi và đồ gá trên máy, nó có thể trùng với điểm gốc của
phôi W trên máy tiện. Thông thường khi gia công người ta phải tính đến lượng dư
và do đó điểm gá đặt C chính là bề mặt chuẩn để xác định kích thước của phôi.
Điểm gốc của dụng cụ
Để đảm bảo quá trình gia công chi tiết với việc sử dụng nhiều dao và mỗi dao
có hình dạng và kích thước khác nhau được chính xác, cần phải có các điểm gốc của
dụng cụ.Điểm gốc của dụng cụ là những điểm cố định và nó được xác định tọa độ
chính xác so với các điểm M và R. Có ba điểm gốc của dụng cụ là điểm chuẩn dao
P, điểm gá đặt dao (N và E) và điểm thay dao.
Điểm chuẩn dao P
Điểm chuẩn của dao là điểm mà từ đó chúng ta lập chương trình chuyển động

trong quá trình gia công.Đối với dao tiện, người ta chọn điểm nhọn của mũi dao và