thiết kế qtcn gia công thân súng mk4 có ứng dụng công nghệ điều khiển số

mục lục
STT Nội dung Trg số
Mục
lục
1
Lời nói
đầu
3
Chơng 1 Tìm hiểu QTCN gia công thân súng MK4 tại
Z111
5
1.1 Kỹ thuật công nghệ nhà
máy
5
1.2 Chức năng, yêu cầu kỹ thuật chi
tiết
5
1.3 Tính công nghệ trong kết cấu chi
tiết
7
1.4 Tiến trình công nghệ hiện
thời
10
1.5 Phân tích u, nhợc điểm QTCN hiện thời 11
Chơng 2 Các vấn đề về điều khiển số và
CAD/CAM
14
2.1 Khái niệm về điều khiển
số
14
2.2 Mã hoá thông

tin
16
2.3 Các hệ điều khiển
số
19
2.4 Máy công cụ
CNC
22
1
2.5 Đồ gá trên máy
CNC
30
2.6 Dụng cụ trên máy
CNC
33
2.7 Dụng cụ phụ trên máy
CNC
35
2.8 Những khái niệm cơ bản về lập
trình
36
2.9 Các hình thức tổ chức lập
trình
46
2.10 Các phơng pháp lập
trình
48
2.11 Giới thiệu phần mềm
DELCAM
50

2.12 Kết nối với máy điều khiển
số
53
Chơng 3 Lập QTCN gia công thân súng MK4 có ứng dụng
công nghệ điều khiển
số
55
3.1 Xây dựng mô hình thân súng trên phần mềm
PS
55
3.2 Chọn phôi 55
3.3 Lập tiến trình công
nghệ
61
3.4 Tính và tra lợng d cho các bề mặt 64
3.5 Thiết kế nguyên
công
68
3.6 Thiết kế đồ gá gia công trên máy 87
2
CNC
Chơng 4 Kết
luận
97
4.1 Ưu
điểm
97
4.2 Nhợc điểm 98
4.3 Hớng phát
triển

99
4.4 Kết
luận
99
Tài liệu tham
khảo
100
3
lời nói đầu
t
rong thời đại ngày nay, trên thế giới khoa học công nghệ đã đạt tới
đỉnh cao, đợc ứng dụng rộng rãi trên tất cả các lĩnh vực. Với các hệ thống sản
xuất linh hoạt ngời ta đã đáp ứng đợc nhu cầu tiêu dùng của thị trờng một
cách nhanh chóng, mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn. Tại Việt Nam, việc tiếp
cận các thành tựu khoa học vẫn còn nhiều hạn chế, trong lĩnh vực chế tạo
máy nói riêng, hầu hết tất cả các nhà máy, xí nghiệp đều vẫn đang sử dụng
công nghệ truyền thống với các dây chuyền sản xuất và các máy vạn năng để
gia công. Điều này mang lại hiệu quả kinh tế không cao, chất lợng sản phẩm
cha tốt, sự thích nghi với các loại sản phẩm mới không cao, do đó cha đáp
ứng đợc nhu cầu của thị trờng thờng xuyên thay đổi về mẫu mã, chủng loại
và chất lợng sản phẩm.
Đối với ngành công nghiệp quân sự nói riêng, do những đặc thù riêng,
những yêu cầu kỹ thuật rất cao của các chi tiết vũ khí, đòi hỏi tính chính xác
cao, mà công nghệ truyền thống rất khó đảm bảo yêu cầu đó. Chính vì vậy,
để khắc phục hạn chế trên đồng thời góp phần vào việc đa công nghệ mới vào
sản xuất, đồ án nghiên cứu một số hệ thống điều khiển số, phần mềm CAM,
cụ thể là phần mềm DELCAM để áp dụng cho việc gia công các chi tiết vũ
khí, mà điển hình là chi tiết thân súng MK4.
Nội dung đồ án gồm 4 phần chính nh sau:
Chơng 1: Tìm hiểu QTCN truyền thống

Chơng 2: Khái quát về công nghệ điều khiển số và CAD/CAM
Chơng 3: Lập QTCN gia công thân súng MK4 có ứng dụng ĐKS.
4
Chơng 4: Kết luận.
Để hoàn thành đề tài này, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận
tình của các thầy giáo trong bộ môn Chế Tạo Máy, cán bộ chỉ huy các cấp,
các đồng chí cán bộ công nhân viên trong nhà máy Z111. Đặc biệt tôi xin
bầy tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo, Tiến sỹ Lại Anh Tuấn đã tận
tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành đồ án.
Do thời gian có hạn, đồ án còn nhiều hạn chế và mang tính khái quát
nhiều, rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy, các bạn.
Ngày tháng năm2005.
Học viên thực hiện
chơng 1
5
Tìm hiểu QTCN gia công thân súng MK4 tại nhà máy
Z111.
1.1. Kỹ thuật công nghệ của nhà máy.
Z111 là nhà máy thuần cơ khí, thuộc loại nhà máy chế tạo máy đồng
bộ từ việc tạo phôi đến quá trình thử nghiệm. Về nguyên liệu: đối với các sản
phẩm phẩm yêu cầu nguyên liệu không có trong nớc thì nhà máy phải nhập
từ nớc ngoài. Các trang thiết bị chủ yếu của nhà máy là các loại thiết bị vạn
năng, thiết bị chuyên dùng. Các trang thiết bị đợc bố trí theo chủng loại tạo
nên một dây chuyền sản xuất. Gần đây nhà máy trang bị thêm các loại máy
hiện đại CNC, máy phân tích vật liệu. Các loại dụng cụ các loại đồ gá, các
loại dỡng kiểm cũng đợc chế tạo tại nhà máy. Các loại kẹp chặt chủ yếu là
các loại kẹp Vít me - đai ốc; các loại bánh lệch tâm; và một số loại kẹp bằng
khí nén. Các loại dụng cụ kiểm là các loại dỡng tự chế tạo, các loại thớc đo
Panme, đồng hồ so. Máy công cụ của nhà máy chủ yếu là các loại máy vạn
năng, các loại máy đợc cải tiến để thực hiện công việc chuyên dụng nh máy

tống khơng tuyến, máy kéo khơng tuyến đợc cải tiến từ máy tiện cỡ lớn,
ngoài ra còn đợc trang bị một số loại máy chuyên dụng nh máy khoan sâu,
máy doa lỗ sâu, máy dập công suất lớn.
1.2. Chức năng, yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.
Thân súng MK4 là bộ phận chính, quan trọng nhất của súng MK4, nó
tham gia vào hầu hết các chuyển động của súng, chính vì thế mà kết cấu của
nó rất phức tạp. Hầu hết các bề mặt đều rất quan trọng, quyết định đến sự
truyền động của súng. Xét về mặt kết cấu, thân súng MK4 là bộ phận chính
6
để liên kết các bộ phận sau: vòng cò, khoá an toàn, lẫy cò, khoang băng, lẫy
đạn, khe ngắm, tay kéo, lò xo, thớc ngắm, nhíp, trục thớc ngắm, và đặc biệt
là bệ khoá nòng, chính vì vậy mà kết cấu của nó rất phức tạp. Cụ thể về mặt
kết cấu và yêu cầu kỹ thuật nh sau:
Tất cả các bề mặt trên chi tiết yêu cầu cấp độ nhám là cấp 7 (R
a
= 1.25 ).

Yêu cầu độ không vuông góc giữa mặt đầu và hai mặt bên trái và
phải là 0.06.

Độ không đối xứng của lỗ khoá nòng so với thành bên cho phép


0.5.

Độ không vuông góc giữa mặt bên phải với chuẩn lng cho phép

0.1

Độ không vuông góc giữa mặt bên trái với chuẩn lng cho phép

0.03

Độ không đối xứng của thành bụng so với thành bên cho phép


0.1.

Độ không đối xứng của đỉnh ren

25,42 với lỗ khoá nòng cho phép

0.075

Độ không vuông góc giữa tâm 5 lỗ chốt và mặt bên cho phép


0.05.

Độ chênh lệch giữa 2 thành bên khoang tỳ cho phép

0.2

Hai mặt xoắn 2,54 đối diện nhau chênh lệch nhau theo chiều trục

0.05

Ren không bị xiên, vòng ren không bị sứt.
7

Vị trí 3 lỗ ren M4 đảm bảo trùng tâm thân súng; độ lệch cho phép

0.15

Đảm bảo độ đồng tâm của lỗ ren lắp nòng với lỗ

14,86, sai lệch


0.05

Bề mặt ngoài không có khuyết tật.

Lỗ trợt bệ khoá phải đảm bảo đạt dỡng và độ bóng.

Đánh bóng toàn bộ bề mặt ngoài đảm bảo đều, sắc nét.

Mài bề mặt ngoài đảm bảo đồng đều.
Ngoài ra, trong kết cấu của chi tiết biên dạng của nhiều phần rất phức
tạp, là các đờng phi tuyến, nh biên dạng khoang băng, biên dạng dáng ngoài
khoang băng, biên dạng dáng dới khoang băng, các rãnh , các hốc sâu với các
góc vát khác nhau rất khó cho quá trình gia công.
1.3. Tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết.
Tính công nghệ trong kết cấu là một tính chất quan trọng của sản
phẩm hoặc chi tiết cơ khí nhằm đảm bảo lợng tiêu hao kim loại ít nhất, giá
thành chế tạo thấp nhất trong điều kiện và quy mô sản xuất nhất định. Đối
với chi tiết thân súng MK4, là loại sản phẩm sản xuất hàng loạt, sản lợng
hằng năm lên tới 2000 3000 chi tiết, đã đợc sản xuất ổn định từ năm 1997
đến nay. Xét về tính công nghệ, chi tiết này có những đặc điểm chủ yếu sau :

Về vật liệu, thân súng MK4 đợc chế tạo từ thép 40X, vật liệu thay thế
là thép C45, C50.
Thép C45 và C50 là loại thép kết cấu cácbon chất lợng tốt, có lợng P,
S thấp, có cơ tính tốt rất thích hợp cho gia công cắt gọt. Cụ thể thành phần
hoá học và cơ tính của nó nh sau.
8
Bảng 1.1. Cơ tính của vật liệu.
M
ác
th
ép
C% Mn%
Cơ tính sau khi thờng hoá

b
MP
a

0,2
MP
a

s
%

%
HB Độ
cứng
sau ủ
(HB)

a
k




C4
5
0,42 0,5
0
0,5 0,8 580 340 19 40 217 187 60
0
C5
0
0,47 0.5
5
0,5 0,8 610 360 16 40 119 197 50
0
Nh vậy về mặt vật liệu đã đạt đợc những yêu cầu về tính cắt gọt, nh
dễ cắt gọt, dễ thoát phoi, cơ tính đảm bảo vật liệu sử dụng thống nhất, tiêu
chuẩn, dễ kiếm, giá rẻ.
Về mặt trọng lợng kết cấu nhỏ, hình dáng của chi tiết có dạng hình
hộp, kích thớc không lớn lắm do đó rất thuận tiện trong việc gá đặt, chọn
chuẩn hợp lí để gia công.
Về hình dáng tổng thể của chi tiết cũng hợp lí cho việc thiết kế phôi
và các bề mặt để giảm đợc lợng vật liệu cắt gọt, xác định chính xác đợc lợng
d gia công, đảm bảo độ cứng vững khi gia công.
9
Tuy nhiên, về mặt kết cấu cụ thể, chi tiết có tính công nghệ không
cao.

Thứ nhất, chi tiết có rất nhiều các rãnh hẹp, với kích thớc nhỏ nh
rãnh lắp khung cò, rãnh hộp băng, rãnh lắp khe ngắm, rãnh khoá,
rãnh vát, rãnh thoát đầu khoá, rãnh trợt khoá, rãnh thoát cò, việc gia
công các rãnh này là rất khó khăn, mặt khác các rãnh này lại yêu cầu
độ chính xác rất cao, độ nhám bề mặt cao, cấp 7 do đó mà yêu cầu
khi gia công cao, dễ tạo phế phẩm lớn.

Thứ hai là, trong kết cấu còn có các hốc sâu, các lỗ có góc vát khác
nhau mà yêu cầu về độ bóng bề mặt và độ chính xác cao cũng tạo nên
rất nhiều khó khăn khi chọn chuẩn cũng nh khi gia công.

Thứ ba, trong kết cấu chi tiết, biên dạng của một số phần là các đ-
ờng phi tuyến, nh biên dạng khoang băng, biên dạng dáng ngoài
khoang băng, biên dạng dáng dới khoang băng, việc gia công các
biên dạng này rất khó khăn đối với các máy vạn năng thông thờng vì
đờng chạy dao của các máy này không thực hiện đợc các đờng
contuor, do đó khi gia công các biên dạng này bằng các máy vạn
năng thì phải thực hiện rất nhiều lần gá đặt, do đó dẫn đến tăng sai số
gia công, độ chính xác giảm và tăng đáng kể thời gian gia công, số l-
ợng phế phẩm lớn.

Thứ t, do kết cấu phức tạp nh vậy nên việc phải sử dụng các loại
dụng cụ phi tiêu chuẩn rất nhiều, không thống nhất tiêu chuẩn, số l-
ợng dao lớn dẫn đến chi phí cho sản xuất dụng cụ lớn, tăng chi phí
10
điều chỉnh thiết bị, trang bị công nghệ, tăng số lần gá đặt chi tiết gia
công.
Tuy nhiên, do sản lợng đã sản xuất ổn định với số lợng lớn từ nhiều
năm nay nên dây chuyền sản xuất ổn định, các bộ phận phục vụ tốt, đủ, công

nhân đã quen với công nghệ sản xuất sản phẩm, biết cách khắc phục các lỗi
trong quá trình sản xuất, do đó nhà máy vẫn áp dụng công nghệ truyền thống
cho sản xuất hàng loạt.
1.4. Tiến trình công nghệ hiện thời.
Bảng 1.2.
STT Nội dung STT Nội dung
1 Sửa ba via. 37 Khoét mép lỗ.
2 Gia công thô lỗ khoá nòng 38 Phay xén mặt cò.
3 Phay lợng d lng 39 Phay khuyết.
4 Phay mặt bên trái. 40 Khoan lỗ

12,

40.
5 Phay lợng d bên phải. 41 Phay rãnh hộp băng.
6 Phay bậc công nghệ. 42 Phay khuyết khoá an toàn.
7 Doa bán tinh lỗ khoá nòng. 43 Khoan lỗ khoá an toàn.
7K Kiểm nghiệm 44 Khoét bậc khoá an toàn.
8 Nhiệt luyện. 45 Phay rãnh 5
+0.12
.
9 Doa tinh lỗ lắp khoá nòng. 46 Phay rãnh lắp cò.
9K Kiểm tra vết nứt. 47 Phay khoang lẫy cò.
10 Tống lỗ chứa khoá nòng 48 Phay dáng dới.
11 Tảy đồng. 49 Phay phá cửa thoát vỏ đạn.
12 Kiểm nghiệm 50 Phay tinh cửa thoát vỏ đạn.
13 Phay chuẩn lng. 51 Phay phá khoang băng.
14 Phay mặt bên trái. 52 Phay phá khoang tỳ.
15 Phay mặt bên phải. 53 Phay rãnh định vị.
16 Mài chuẩn lng. 54 Phay tinh hốc khoang băng.

17 Mài mặt bên trái 55 Phay vát 9
0
40.
18 Mài mặt bên phải. 56 Phay R3.
19 Phay thành bụng. 57 Phay tinh 4 góc.
11
20 Gia công thô lỗ ren. 58 Phay R6 thoát băng.
21 Phay đuôi. 59 Phay góc lên đạn.
22 Phay vát 11
o
. 60 Phay bậc trên sau.
23 Phay mặt bụng. 61 Phay phá rãnh trên.
24 Phay vấu khoang băng. 62 Phay tinh rãnh trên.
25 Phay góc 79
0
. 63 Phay rãnh lắp khe ngắm.
26 Phay 2 vai. 64 Phay bậc tay kéo.
27 Khoan, doa 5 lỗ chốt. 65 Khoan lỗ chứa lò xo.
28 Phay vát đuôi. 66 Phay vát đuôi.
29 Phay xén đầu vấu. 67 Phay R4.
30 Khoan lỗ vít. 68 Phay rãnh.
31 Phay dáng

12.1. 69 Phay rãnh khoá.
32 Tiện móc lỗ lắp báng. 70 Phay rãnh vát.
33 Phay khoang báng. 71 Phay rãnh thoát đầu khoá.
34 Phay dáng ngoài. 72 Phay vát cạnh sờn.
35 Khoan lỗ lắp vòng cò. 73 Phay bậc thành.
36 Phay rãnh lắp khung cò. 74 Phay kích thớc 19
0.2

.
75 Phay rãnh nghiêng 30
0
.
. 103 Phay cạnh dới thành.
76 Phay R13. 104 Phay bậc lắp thớc ngắm.
77 Phay R14.9. 105 Phay rãnh lắp thớc ngắm.
78 Phay khuyết. 106 Phay thành phải giữa.
79 Phay rãnh thoát. 107 Phay thành phải.
80 Phay vát rãnh miếng táp. 108 Phay vát góc thành.
81 Phay rãnh trợt khoá. 109 Phay R50.
82 Phay rãnh thoát góc. 110 Phay tai phải.
83 Phay vát thành đuôi. 111 Vát mép lỗ lắp trục th.
ngắm.
84 Phay R30. 112 Phay rãnh hãm.
85 Phay thành thoát. 113 Phay rãnh chứa nhíp.
86 Xọc rãnh trong. 114 Phay dáng trên.
87 Phay rãnh thoát cò. 115 Phay mặt tỳ lẫy cò.
88 Phay bậc rãnh thoát cò. 116 Tarô ren W6,25x1/26.
89 Phay rãnh xoắn bên phải. 117 Tarô ren W3,97x1/35.
90 Phay phá rãnh xoắn. 118 Tarô ren W11,1x1/14.
12
91 Phay bớc xoắn 25,4. 119 Nguội ba via.
92 Phay thoát góc. 120 Sửa R5 góc tay khoá.
93 Định sơ bộ mối hàn. 121 Xì cát kiểm tra mối hàn.
94 Phay khuyết 4 góc R3. 122 Đánh bóng sơ bộ.
95 Hàn miếng táp. 123 Mài tinh 2 mặt.
96 Thờng hoá sau hàn. 124 Khoan lỗ cho ren M4.
97 Phay tinh miếng táp. 125 Tarô 3 lỗ ren M4.
98 Phay R18. 126 Thấm cacbon tôi.

99 Phay tinh sau hàn. 127 Tarô ren lắp nòng.
100 Phay phá cạnh trái. 128 Đánh bóng.
101 Phay khuyết thành phá. 129 Lân hoá.
102 Phay cạnh dới R5. 130 Kiểm tra.
1.5. Phân tích u, nhợc điểm của QTCN hiện thời.
QTCN gia công thân súng MK4 bao gồm 130 nguyên công kể cả các
nguyên công nhiệt luyện và xử lí bề mặt. QTCN gia công này hiện đang đợc
ứng dụng trong sản xuất hàng loạt tại nhà máy Z111. QTCN này có u điểm là
: ổn định, các trang thiết bị, dụng cụ, đồ gá, dụng cụ kiểm, các trang thiết bị
thay thế đợc chuẩn bị đầy đủ, công nhân đã quen với công việc, biết khắc
phục sự cố, lỗi xảy ra khi gia công. Tuy nhiên, chất lợng sản phẩm cha cao,
độ chính xác về vị trí tơng quan giữa các bề mặt, độ chính xác về hình dáng
và kích thớc của các bề mặt cha cao, hiệu quả kinh tế cũng không cao, tỉ lệ
phế phẩm còn lớn. Đó là do số lợng nguyên công tơng đối lớn, quá trình gia
công trải qua nhiều lần gá kẹp, qua nhiều loại máy có độ chính xác, độ cứng
vững thấp và đặc tính kỹ thuật khác nhau, tay nghề công nhân còn hạn
chế do đó sai số tích luỹ là rất lớn dẫn đến chất lợng sản phẩm, năng suất,
tính kinh tế cha cao. Để có thể cải thiện chất lợng sản phẩm, năng suất, hiệu
13
quả gia công cũng nh tính kinh tế, ta phân tích kết cấu các bề mặt để ứng
dụng công nghệ số vào quá trình gia công. Sở dĩ ta nghiên cứu việc ứng dụng
công nghệ số vào quá trình sản xuất là vì công nghệ số có những u điểm rất
lớn nh :

Năng suất gia công cao.

Chất lợng gia công cao.

Độ tin cậy cao.

Tính linh hoạt cao.

Chi phí gia công giảm.
Đặc biệt đối với các chi tiết vũ khí nói chung, yêu cầu về độ chính
xác hình dáng, độ chính xác về vị trí tơng quan giữa các bề mặt, độ chính xác
về kích thớc rất cao, đối với các máy vạn năng rất khó đảm bảo đợc các yêu
cầu trên.
Mặt khác, các nhà máy của tổng cục kỹ thuật, tổng cục CNQP hiện
nay đợc trang bị nhiều loại máy CNC hiện đại, tuy nhiên việc khai thác, sử
dụng cha có hiệu quả, cha tận dụng hết khả năng công nghệ của thiết bị, do
đó việc nghiên cứu công nghệ điều khiển số ứng dụng gia công các chi tiết vũ
khí trong các nhà máy của BQP là yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng,
góp phần thúc đẩy sự nghiệp CNH HĐH đất nớc.
Chính vì vậy mà đồ án quyết định nghiên cứu, ứng dụng công nghệ số
vào quá trình gia công thân súng MK4 nói riêng và các chi tiết điển hình
trong vũ khí nói chung.
14
chơng 2
các vấn đề về điều khiển số và cad/cam
2.1. Khái niệm điều khiển số(
đks)
:
2.1.1. Điều khiển số là gì?
ĐKS
một dạng TĐH có lập trình, trong đó các thiết bị công nghệ đợc
điều khiển bằng một hay một hệ chơng trình máy tính. Chơng trình là tập hợp
các lệnh, mô tả các bớc(steps) thực hiện quá trình công nghệ. ĐKS đợc sử
dụng vào nhiều việc khác nhau nhng có thể gộp thành 2 loại:
15

Các quá trình gia công nh tiện, khoan, phay

Các quá trình không gia công nh lắp ráp, vận chuyển, đo l-
ờng
Ưu tiên cho lĩnh vực phổ biến nhất của NC, đồ án nghiên cứu NC cho
máy công cụ, nghĩa là trong quá trình gia công.
2.1.2. Cấu trúc cơ bản của ĐKS.
Máy công cụ ĐKS có 3 phần chính:

Thiết bị vào(Data Input): các chơng trình NC

Bộ điều khiển CNC(MCU): Đọc, dịch chơng trình, tạo tín hiệu
ĐK để điều khiển cơ cấu chấp hành.

Máy công cụ: Thực hiện chức năng gia công theo sự điều
khiển của MCU.
Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc NC
2.1.2.1. Chơng trình NC.
Chơng trình NC có cấu trúc theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO) hay quốc
gia nh tiêu chuẩn DIN 66025 của CHLB Đức, đồng thời có những phần tuân
theo tiêu chuẩn riêng của từng hãng. Chơng trình chứa các lệnh hớng dẫn
thực hiện các bớc công nghệ đã đợc mã hoá để bộ điều khiển có thể hiểu đợc
và điều khiển thiết bị công tác, trong trờng hợp này là máy công cụ. Đối với
các máy NC hiện nay, các chuyển động cắt, tốc độ trục chính, lợng chạy dao,
tắt mở các thiết bị phụ trợ nh dung dịch trơn nguội, cửa bảo hiểm, tắt mở
16
Chơng
trình NC
Bộ ĐK
MCU

Máy
CNC
động cơ trục chính, cơ cấu thay dao, cơ cấu kẹp phôi đều có thể điều khiển
từ chơng trình NC.
II.1.2.2. Bộ điều khiển NC (MCU).
MCU có nhiệm vụ đọc, dịch chơng trình NC, tạo các tín hiệu điều
khiển, biến đổi chúng thành các tín hiệu điện phù hợp để điều khiển các cơ
cấu chấp hành trên máy. Ngày nay bộ điều khiển NC đợc thiết kế trên cơ sở
một máy tính nên nó đợc gọi là CNC. Các máy công cụ điều khiển số đợc gọi
là máy CNC. Về cấu trúc một bộ điều khiển NC bao gồm:
Thiết bị đọc: đó là các thiết bị cơ khí - điện tử, đọc chơng trình từ vật
mang tin(băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ ), biến thành tín hiệu điện chuyển cho
bộ xử lí.
Hệ thống điều khiển vị trí chuyển động: mục tiêu cuối cùng của điều
khiển số NC là tạo đợc chuyển động tơng đối giữa dao và phôi theo quỹ đạo,
tốc độ định trớc. Tuỳ chức năng gia công, một máy có thể có nhiều trục,
nhng cấu trúc cơ bản của hệ thống chấp hành của các trục tơng tự nhau, gồm
động cơ chạy dao, cơ cấu vít me - đai ốc, bàn máy mang phôi. Có hai dạng
điều khiển là điều khiển kín và điều khiển hở. Điều khiển hở là dạng điều
khiển không có phản hồi. Nó đơn giản, rẻ tiền, không cần hệ thống đo lờng
tuy nhiên công suất nhỏ và độ chính xác không cao. Điều khiển kín có dùng
hệ thống đo quãng đờng dịch chuyển thực của bàn máy, tín hiệu do nó sinh
ra đợc đa trở về so sánh với tín hiệu vào, sinh ra tín hiệu điều khiển dạng số,
sau khi chuyển đổi thành tín hiệu tơng tự, khuếch đại nó trở thành tín hiệu
điều khiển động cơ.
17
2.1.2.3. Phần máy công cụ.
Máy công cụ về kết cấu giống máy thông thờng, tuy nhiên do đặc
điểm làm việc khác nhau nên máy CNC có các yêu cầu kỹ thuật cao hơn,
ngoài phần cơ khí, máy CNC còn có thêm cơ cấu chấp hành, đó có thể là các

thiết bị điện(động cơ xoay chiều, động cơ 1 chiều hoặc động cơ bớc), hay
thiết bị thuỷ lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng, các thiết bị đo để đo
quãng đờng dịch chuyển vị trí của dụng cụ, biến thành tín hiệu phản hồi cho
MCU.
2.2. Mã hoá thông tin.
2.2.1. Chữ cái.
Chữ cái của mã số là tập hợp các ký hiệu đợc dùng khi mã hoá. Các
phần tử mới hiện nay của tự động hoá chỉ có hai trạng thái ổn định: công tắc
kín hoặc công tắc hở, trong mạng của băng đục lỗ có thể có hoặc không có
lỗ Mọi trạng thái ứng với ký hiệu 1 (cấp dòng năng lợng chẳng hạn) còn
trạng thái khác ứng với ký hiệu 0 (ngắt dòng năng lợng chẳng hạn). Vì vậy
chữ cái của mã số chỉ hai kí hiệu ( 0, 1).
2.2.2. Mã thập phân.
Cơ sở của mã thập phân là 10, hệ thống này có 10 ký tự: 0, 1, 2, 3, 4,
5, 6, 7, 8, 9. Ngời ta chọn hệ thập phân để tính là xuất phát từ lịch sử tính
toán bằng 10 ngón tay.
Ví dụ: số 3807,45 đợc biểu diễn nh sau:
3.10
3
+ 8.10
2
+ 0.10
1
+ 7.10
0
+ 4.10
-1
+ 5.10
-2
.

2.2.3. Mã số đơn vị.
18
Mã số đơn vị là một loại mã trong đó mỗi số đợc biểu diễn bằng số l-
ợng các chữ số 1. Ví dụ: 1: 1; 2: 11; 3: 111; 4: 1111
Hệ thống mã đơn vị có u điểm là đơn giản, dễ sử dụng, nó đợc sử dụng để ghi
số lợng các xung trên băng từ. Tuy nhiên, mã đơn vị có nhợc điểm là cồng
kềnh, phức tạp.
2.2.4. Mã nhị phân.
Cơ sở của hệ nhị phân là số 2, đa số 2 lên cấp có số mũ nguyên ta sẽ
đợc dãy số mũ: 2
0
, 2
1
, 2
2
, 2
3
ứng với các số 1, 2, 4, 8, Bất kỳ một số nào
trong hệ nhị phân đều là tổng của nhiều số mà các số hạng của nó là số 2 với
các cấp mũ khác nhau. Các số trong hệ nhị phân là tổ hợp của chữ số 0 và 1,
để chuyển số tính từ hệ thập phân sang hệ nhị phân cần phải chia tuần tự số
đó cho 2. Ví dụ chuyển số 43 sang hệ nhị phân nh sau:
43:2 = 21 lẻ 1
21:2 = 10 lẻ 1
10:2 = 5 lẻ 0
5:2 = 2 lẻ 1
2:2 = 1 lẻ 0
1:2 = 0 lẻ 1
Nh vậy số 43 đợc biểu diễn theo hệ nhị phân nh sau:
43 = 110101 = 1.2

5
+ 0.2
4
+ 1.2
3
+ 0.2
2
+ 1.2
1
+ 1.2
0
2.2.5. Mã số ISO.
Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu để thống nhất hoá các
ngôn ngữ lập trình. Công việc này do hội đồng tiêu chuẩn hoá quốc tế(ISO)
chỉ đạo. Ngôn ngữ để lập trình có một số yêu cầu: số ký hiệu là nhỏ nhất, số
chữ số đồng nhất, nghiên cứu đơn giản, số lợng tín hiệu đầy đủ
19
Mã ISO 7 bit trên băng 8 đờng với chiều rộng 25.4mm, bớc đột lỗ là
2.5mm thoả mãn đợc yêu cầu trên.
2.2.6. Phần tử mang chơng trình.
Ghi chơng trình trong các cơ cấu điều khiển số đợc thực hiện trên
phần tử mang chơng trình(băng chơng trình). Ngời ta phân ra hai cách biểu
diễn tín hiệu điều khiển: mã hóa giới hạn và mã hoá toàn phần. Nếu ghi ch-
ơng trình đợc thực hiện trong hệ mã số đơn vị thì việc biểu diễn tín hiệu điều
khiển gọi là mã số giới hạn, còn nếu chơng trình đợc ghi trong bất kỳ hệ mã
số nào thì việc biểu diễn tín hiệu điều khiển gọi là mã hoá toàn phần. Tín
hiệu trong mã số giới hạn đợc ghi trên băng từ, còn trong mã hoá toàn phần
đợc ghi trên băng đục lỗ.
2.2.6.1. Băng đục lỗ.
Băng đục lỗ là băng trên đó có lỗ đột, tuỳ theo công dụng ngời ta chia

ra hai loại đột lỗ trên băng: vận chuyển và mã hoá. Dòng là hàng mà các lỗ
mã hoá nằm vuông góc với phơng vận chuyển. Bớc đột lỗ(bớc của dòng) là
khoảng cách giữa đờng tâm của các dòng cạnh nhau.
2.2.6.2. Băng từ.
Băng từ là loại băng tổ hợp hai lớp: một lớp trên nền chất dẻo và một
lớp bột sắt từ. Nguyên tắc ghi trên băng dựa vào tính chất của sắt từ giữ đợc
trạng thái nhiễm từ. Việc ghi các xung điện(mã số) trên băng từ đợc thực
hiện bằng cách nhiễm từ do đầu từ cung cấp. Khi sử dụng băng từ, các tín
hiệu trên băng sau khi đi qua cơ cấu dịch mã sẽ làm cho các bộ phận làm việc
của máy có chuyển động cần thiết để gia công chi tiết. Chơng trình ghi trên
băng từ có thể sử dụng lại nhiều lần.
20
2.3. Các hệ điều khiển số.
2.3.1. Hệ điều khiển NC.
Ngày nay các máy trang bị hệ điều khiển NC vẫn còn thông dụng.
Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lợng hạn chế các kênh thông tin. Trong
hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều
khiển đợc cho dới dạng dãy các con số. Hệ điều khiển NC làm việc theo
nguyên tắc sau đây: sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai đợc đọc, chỉ
sau khi quá trình đọc kết thúc, máy mới bắt đầu thực hiện lệnh thứ nhất.
Trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ
thống điều khiển. Sau khi hoàn thành việc thực hiện lệnh thứ nhất máy bắt
đầu thực hiện lệnh thứ hai, hệ điều khiển đọc lệnh thứ ba đợc đa vào chỗ bộ
nhớ mà lệnh thứ hai vừa đợc giải phóng ra.
Nhợc điểm chính của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết tiếp
theo trong loạt hệ điều khiển lại phải đọc tất cả các lệnh từ đầu và nh vậy sẽ
không tránh khỏi những sai sót của bộ tính toán trong hệ điều khiển. Do đó
chi tiết gia công có thể bị phế phẩm. Một nhợc điểm nữa là do cần rất nhiều
lệnh chứa trong băng đục lỗ hoặc băng từ nên khả năng mà chơng trình bị
dừng lại thờng xuyên có thể xảy ra. Ngoài ra với chế độ làm việc nh vậy băng

đục lỗ hoặc băng từ sẽ nhanh chóng bị bẩn, mòn gây lỗi cho chơng trình.
2.3.2. Hệ điều khiển CNC.
Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy vi
tính. Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một chơng trình điều
khiển cho từng loại máy. Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh
21
các chơng trình gia công chi tiết và cả chơng trình hoạt động của bản thân nó.
Trong hệ điều khiển CNC chơng trình có thể đợc nạp vào bộ nhớ toàn bộ một
lúc hoặc từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển. Các lệnh điều khiển không chỉ
đợc viết cho từng chuyển động đơn lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng
lúc. Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chơng trình và nh vậy có thể
nâng cao đợc độ tin cậy làm việc của máy. Hệ điều khiển CNC có kích thớc
nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với hệ điều khiển NC mà lại có những đặc
tính mới, u việt mà hệ điều khiển trớc đó không có ví dụ nh nó có thể nạp
một chơng trình gia công chi tiết khác ngay cả khi máy đang gia công một
chi tiết.
2.3.3. Hệ điều khiển DNC(Direct Numerical Control).
Nguyên lí hoạt động của hệ điều khiển này là: Nhiều máy công cụ
CNC đợc nối với máy tính trung tâm thông qua đờng dẫn dữ liệu. Mỗi một
máy công cụ có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhiệm vụ chọn
lọc và phân phối các thông tin, nó là cầu nối giữa máy công cụ và máy tính
trung tâm. Máy tính trung tâm có thể nhận các thông tin từ các bộ điều khiển
CNC để hiệu chỉnh chơng trình hoặc để đọc những dữ liệu từ máy công cụ.
Trong một số trờng hợp máy tính đóng vai trò chỉ đạo trong việc lựa chọn
những chi tiết gia công theo thứ tự u tiên để phân chia đi các máy khác nhau.
Hệ ĐK DNC có ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của ch-
ơng trình gia công chi tiết trên tất cả các máy công cụ. Nó có khả năng
22
truyền dữ liệu nhanh và có khả năng nối ghép vào hệ thống sản xuất linh hoạt
FMS.

2.3.4. Hệ điều khiển thích nghi.
Sử dụng hệ điều khiển thích nghi là một trong những phơng pháp
hoàn thiện máy công cụ CNC. Các máy CNC thông thờng có chu kỳ gia công
cố định(chu kỳ cứng) đã đợc xác định ở phần tử mang chơng trình, và nh vậy
cứ mỗi lần gia công một chi tiết khác chu kì lại đợc lặp lại nh cũ, không có sự
thay đổi nào. Chơng trrình điều khiển nh vậy không có sự hiệu chỉnh khi có
các yếu tố công nghệ thay đổi. Ví dụ nh khi gia công chi tiết lợng d có thể
thay đổi dẫn đến thay đổi biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ. Khi đó
nếu hệ thống điều khiển không hiệu chỉnh lại lực cắt thì kích thớc gia công
có thể vợt ra ngoài phạm vi dung sai(sinh ra phế phẩm). Trong trờng hợp này
để tránh phế phẩm ta phải giảm lợng chạy dao hoặc thêm bớc gia công tức là
giảm năng suất gia công.
Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến
những tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kỳ gia
công nhằm loại bỏ ảnh hởng của những yếu tố đó tới độ chính xác gia
công.`Hệ thống thích nghi có thể thay đổi đợc lực cắt, ổn định công suất cắt,
mômen cắt hay nhiệt độ cắt Tuy nhiên, hệ thống điều khiển thích nghi hay
đợc dùng để ổn định kích thớc gia công, cơ cấu kiểm tra tích cực luôn luôn
xác định đợc kích thớc gia công và tác động đến cơ cấu điều khiển để ổn
định kích thớc chi tiết.
2.4. Máy công cụ CNC.
23
Nh chúng ta đã biết trớc thế hệ máy CNC đã có hai thế hệ máy công
cụ với trình độ hiện đại thấp hơn: máy công cụ thông thờng và máy công cụ
NC.
2.4.1. Máy công cụ thông thờng.
Khi thực hiện gia công trên các máy công cụ thông thờng ngời công
nhân thờng dùng tay để điều khiển máy. Ngời công nhân căn cứ vào phiếu
công nghệ để cắt gọt chi tiết nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
Trong trờng hợp nh vậy năng suất và chất lợng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều

vào tay nghề của công nhân. Mặc dù còn nhiều hạn chế so với máy NC, máy
CNC nhng các máy công cụ thông thờng hiện nay vẫn còn đợc sử dụng rất
rộng rãi với lí do giá thành thấp và thuận tiện cho công việc sửa chữa cho nền
sản xuất còn đang ở trình độ thấp.
2.4.2. Máy công cụ NC.
Đối với máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy
đợc quyết định bằng các chơng trình đã lập sẵn. Các máy công cụ NC rất
thích hợp với dạng sản suất hàng loạt nhỏ và trung bình.
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 câu lệnh, khi
câu lệnh trớc kết thúc máy đọc tiếp các câu lệnh tiếp theo để thực hiện các
chuyển động cần thiết. Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng nh: nội suy
đờng thẳng, nội suy cung tròn. Các máy NC không có chức năng lu trữ chơng
trình.
2.4.3. Máy công cụ CNC.
24
Máy công cụ CNC là bớc phát triển cao từ các máy NC. Các máy
CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển các chức năng
chuyển động của máy. Các chơng trình gia công đợc đọc cùng một lúc và đợc
lu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, máy tính đa ra các lệnh điều khiển máy.
Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng nh nội suy đờng
thẳng, cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol, và bất kỳ mặt bậc ba nào. Máy CNC
cũng có khả năng bù chiều dài và đờng kính dụng cụ. Tất cả các chức năng
trên đều đợc thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. Các chơng trình lập
ra có thể đợc lu trữ trong đĩa mềm hoặc đĩa cứng.
2.4.4. Hệ trục toạ độ của máy CNC.
Các trục toạ độ của máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động
của các cơ cấu máy và dụng cụ cắt(hình 2.2). Các trục toạ độ đó là X, Y, Z,
chiều dơng của các trục này đợc xác định theo quy tắc bàn tay phải(hình
vẽ2.3).

Hình 2.2: Hệ trục toạ độ
Theo nguyên tắc này thì ngón tay cái chỉ chiều dơng của trục X, ngón
tay trỏ chỉ chiều dơng của trục Y, ngón tay giữa chỉ chiều dơng của trục Z.
Các trục quay tơng ứng với trục X,Y, Z đợc kí hiệu bằng các chữ cái A, B, C,
25