tính toán thiết kế trung tâm tiện cnc dựa theo kiểu máy x10-i

Website: Email : Tel : 0918.775.368
Nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp
Đề tài:
Tính toán thiết kế trung tâm tiện CNC dựa
theo kiểu máy X10-i
Nội dung thuyết minh:
1. Phần I: Đại cơng về máy công cụ điều khiển theo chơng trình số
2. Phần II: Tính toán thiết kế trung tâm tiện CNC mới dựa trên cơ sở trung tâm
tiện CNC - X10i
3. Phần III: Lập trình gia công và hệ thống dao cụ cho trung tâm tiện CNC X10-i
Lời nói đầu
Với sự phát triển ngày càng nhanh của các ngành khoa học kỹ thuật đã
cho ra đời những máy móc hiện đại đáp ứng nhanh nhu cầu của xã hội. Sự xuất

1

hiện của các máy móc hiện đại này đã mang lại những hiệu quả kinh tế rõ rệt vì
nó có nhiều tính năng u việt sau:
- Tăng năng suất, chất lợng sản phẩm
- Giải phóng lao động chân tay.
- Cải thiện môi trờng làm việc
Đối với Việt Nam, do yêu cầu của việc sản xuất những mặt hàng có chất l-
ợng cao nên ngành Cơ Khí trong những năm gần đây đã đợc Nhà Nớc chú trọng
đầu t và phát triển mạnh. Các máy móc hiện đại đã đợc đa vào để phục vụ sản
xuất. Tuy nhiên, chỉ mới bớc đầu áp dụng và cha khai thác đợc tối đa lợi ích kinh
tế mà thiết bị đem lại vì vẫn còn nhiều hạn chế về kỹ thuật và trình độ chuyên
môn của ngời sử dụng.
Để có thể sử dụng và khai thác có hiệu quả những máy móc thiết bị hiện
đại, đặc biệt là các máy điều khiển bằng chơng trình số thì chúng ta phải đi sâu
nghiên cứu hơn nữa để không những sử dụng, khai thác mà còn có thể cải tiến,
thiết kế và chế tạo.

Trong quá trình nghiên cứu tìm hiểu xung quanh lĩnh vực máy điều khiển
số, nhóm ba sinh viên chúng em đã chọn đề tài: Tính toán thiết kế trung tâm
tiện CNC dựa theo kiểu máy X10-i cho đồ án tốt nghiệp của mình.
Trong quá trình thiết kế đồ án, chúng em đã cố gắng vận dụng các kiến
thức đã đợc trang bị trong những năm học trớc. Đồng thời chúng em cũng tham
khảo, trích dẫn các tài liệu chuyên ngành của các tác giả trờng ĐH Bách Khoa
HN cũng nh khai thác các phần mềm và tìm kiếm thông tin trên mạng Internet.
Tuy nhiên cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong đợc các
thầy và các bạn đóng góp thêm những ý kiến cho đồ án này.

2
NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn

3
NhËn xÐt cña gi¸o viªn duyÖt

4

5
PhÇn I : ®¹i c¬ng vÒ m¸y c«ng cô ®iÒu
khiÓn theo ch¬ng tr×nh sè
Ch¬ng I: M¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè

6
vai trò và tác động
I. Tổng quan về máy công cụ điều khiển theo chơng
trình số
điều khiển số (NC) trong 30 năm qua đã tác động mạnh tới ngành chế tạo
máy, đã tạo ra các thế hệ máy mới và công cụ tự động hóa cơ khí mới. Ngày nay
máy điều khiển số là thành phần cơ bản của gia công linh hoạt. Để có thể đáp

ứng đợc nhu cầu cao, từng máy điều khiển phải có khả năng đảm nhận những
chức năng điều khiển nhất định.
Trong thời gian đầu cha có máy điều khiển số thích hợp, ngời ta cha biết đợc
những yêu cầu phụ phát sinh khi cài đặt hệ thống điều khiển số vào máy thờng
và phải thay đổi gì về mặt kết cấu máy. Do vậy, ngời ta bắt đầu từ máy phay và
tiện. Những máy này đã đợc chế tạo phù hợp với phơng thức điều khiển theo ch-
ơng trình số hoặc đợc trang bị các cơ cấu chép hình và trên cơ sở đó trang bị cho
chúng các hệ thống đo và hệ khởi động dùng cho chế độ điều khiển số. Nhờ đó,
chỉ sau một năm thế hệ máy mới ra đời. Đó là máy điều khiển số với những nét
đặc trng cơ bản của máy điều khiển theo chơng trình số nh sau:
- Tự động hóa cao.
- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay cao (> 10
3
vòng/phút).
- Tốc độ chính xác cao (sai lệch kích thớc gia công đạt tới
m
à
).
- Năng suất gia công cao (gấp 3 lần năng suất gia công của máy thờng).
- Tính linh hoạt cao (thích nghi nhanh với đối tợng gia công thay đổi, phù
hợp với sản xuất loạt nhỏ).

7
- Tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt của chi tiết trong một
lần gá phôi).
- Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết phải đợc lập trình để điều khiển
máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã cài đặt cho hệ điều khiển NC,
CNC.
- Máy gia công CNC có giá trị kinh tế rất lớn những giá thành máy lại cao.
Mỗi một máy công cụ đợc cấu tạo từ một tổ hợp những trục thẳng và quay

(linear and rotate axises). Để có thể điều khiển các trục này bằng chơng
trình số phải có hai điều kiện:
+ Mỗi trục NC cần có một hệ thống đo về dịch chuyển bằng điện tử.
+ Mỗi trục NC cần có một khớp trực tiếp với hệ điều khiển số.
Nhiệm vụ của chơng trình NC là so sánh các giá trị cần đạt về vị trí đã định
trớc với các giá trị thực tế về vị trí do hệ thống đo về dịch chuyển thông báo. Và
khi có sai lệch giữa hai giá trị này nó sẽ phát ra một tín hiệu điều chỉnh truyền
đạt tới các bộ phận dẫn động của các trục để cân bằng các sai lệch đó. Nguyên lý
nạp và xử lý các thông tin hình học trong một vòng điều khiển khép kín (Control
Cycle).

8
X 1 1 2
5
Bộ nhớ
chuơng trình
Bộ đọc băng đục lỗ
Giá trị yêu cầu
Sai lệch
Giá trị thục
Bàn máy
Hệ đo
Động cơ
+
_
điều khiển theo quỹ đạo liên tục thông báo các giá trị mới mà các trục điều
khiển phải đạt tới, nhờ đó có thể đạt tới những chuyển động liên tục theo quỹ
đạo.
ở máy tiện, trục chính của máy cũng đợc xác lập là trục điều khiển số nếu sử
dụng những dụng cụ đợc phát động để khoan hoặc phay.

Phần lơn các trung tâm gia công đợc trang bị bàn tròn quay điều khiển NC.
Bàn tròn quay theo nhịp ví dụ nh nhịp quay 4 trung tâm tiện 4x90
0
hoặc 12x30
0
,
không tính vào các trục điều khiển NC.
Cấu trúc điện tử của các hệ điều khiển CNC ngày nay đã đợc thiết lập dựa
trên cơ sở sử dụng các bộ vi sử lý (microprocessors) 16 và 32 bit và các mạng
tích hợp IC (Integrate Circuit), số lợng các bộ vi sử lý đợc sử dụng cho hệ CNC
thờng từ 2 đến 5.
Máy NC là máy có khả năng lập trình tự do, nghĩa là các chuyển động theo
từng trục đợc định trớc thông qua một chơng trình. Những hệ điều khiển số ngày
nay đợc thiết lập trên cơ sở sử dụng máy vi tính còn đợc gọi là hệ thống điều
khiển CNC, tức là điều khiển số bằng vi tính.
Để nạp và xuất dữ liệu tự động, các hệ điều khiển CNC đợc trang bị những
giao diện khác nhau mạnh và hữu hiệu.
Hệ điều khiển NC và CNC đều dựa trên nguyên lý chung nên có thể coi nh
các khái niệm NC và CNC là đồng nghĩa với nhau về phơng diện nguyên lý.
CNC là hệ điều khiển số mà mọi chức năng điều khiển đợc thực hiện bằng
một hoặc nhiều máy vi tính tích hợp với một phần mềm phù hợp.

9
Những đặc điểm của CNC so với NC là:
- Có một hoặc nhiều màn hình một hoặc nhiều màu sắc.
- Phần lớn với đồ họa nhiều màu để lập trình và thử nghiệm chơng trình.
- Có khả năng hiệu chỉnh các chơng trình đợc lu trữ.
- Các lợng hiệu chỉnh dụng cụ (lơng bù dao) về chiều dài, về đờng kính,
tuổi bền, đợc lu trữ.
- Có nhiều nhất là 5 đến 10 phím mềm với các chức năng thay đổi.

- Có thể cắm một phím bấm ASCII tích hợp hoặc tùy chọn.
- Không có công tắc thập phân và cũng thờng không có công tắc xoay.
- Thể tích nhỏ hơn và ít phát sinh nhiệt hơn.
- Có phạm vi chức năng rộng hơn.
- Có phạm vi tùy chọn thích ứng theo nhu cầu sử dụng của khách hàng và
có phạm vi dành để mở rộng.
- Có các chu trình gia công và đo kiểm có khả năng lu trữ.
- Có nhiều chức năng đợc bổ sung.
Các hệ CNC đợc chế tạo theo môđun có khả năng đáp ứng nhiều chức năng.
Bởi vậy khách hàng phải kiểm tra xem mình nên dùng môđun nào cho phù hợp
và có hiệu quả nhất.
Những hệ CNC có khả năng lập trình tại xởng có những công cụ trợ giúp lập
trình rất mạnh.
Các hệ CNC sử dụng nhiều bộ nhớ đa dạng và hoàn hảo về cấu tạo cho những
mục sau:
- Chơng trình sản xuất trong xí nghiệp.
- Các chơng trình gia công chi tiết có thể lặp lại tự động.
- Các chu trình cố định và thay đổi.

10
- Những chỉ dẫn tích hợp cho ngời vận hành.
- Phần mềm chuẩn đoán và những trợ giúp tìm lỗi.
- Những dữ liệu về máy và công ty chỉ dẫn và hiển thị sai số với văn bản rõ
ràng.
- Các chuyển dịch điểm không, bù dao, các dữ liệu dụng cụ
- Các thông số máy
- Các giao diện dữ liệu có một ý nghĩa rất lớn để nối các thiết bị ngoại vi
cần thiết.
Đặc điểm đặc trng quan trọng và tính nhanh nhạy của một hệ thống CNC là
tốc độ chuyển tiếp dữ liệu, thời gian thực hiện chu trình gia công, tốc độ phát

triển của bộ SERVO và thời gian chu kỳ của hệ điều khiển PLC (Programable
Logic Controller).
Máy NC là những máy gia công tự động và lập trình tự do, đặc biệt tự động
để tự động hóa gia công sản phẩm hàng loạt vừa và nhỏ. u điểm cơ bản của máy
NC là khả năng điều chỉnh nhanh để thích nghi với các chơng trình gia công thay
đổi, mà không cần phải tác động thủ công hoặc thay đổi máy.
I.1. Ưu điểm của gia công CNC
Đối với sản xuất loạt nhỏ và vừa, máy NC trong nhiều trờng hợp là công cụ
gia công có những nét u điểm hơn so với máy thờng ở những điểm sau:
- Gia công đợc các chi tiết phức tạp hơn.
- Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn.
- Thời gian lu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao và giảm thời
gian phụ.
- Tính linh hoạt cao hơn.

11
- Độ lớn loạt tối u nhỏ hơn.
- Độ chính xác gia công ổn định đều.
- Chi phí kiểm tra giảm.
- Chi phí cho phế phẩm giảm.
- Hoạt động liên tục trong nhiều ca sản xuất.
- Một công nhân có thể vận hành nhiều máy đồng thời.
- Hiệu suất cao hơn.
- Tăng năng lực sản xuất.
- Một công nhân có thể vận hành nhiều máy đồng thời.
- Hiệu suất cao hơn.
- Tăng năng lực sản xuất.
- Có khả năng thích hợp trong gia công linh hoạt.
Những nét u việt của máy NC ở trên đây là không phụ thuộc vào kiểu máy,
những máy NC có khả năng lập trình tại xởng sản xuất, theo nhận xét của các

nhà sản xuất có nhiều kinh nghiệm thì chúng cũng có tính linh hoạt cao hơn và
đồng thời tiết kiệm đợc thời gian. Điều quan trọng là ngời ở xởng sản xuất chấp
nhận máy NC, vận hành đợc máy NC, đợc đào tạo tốt và có khả năng khắc phục
đợc các sự cố nhỏ.
I.2. Độ chính xác của gia công CNC
Trong nhiều trờng hợp độ chính xác tuyệt đối và độ chính xác lặp lại có thể
đạt đợc cũng rất quan trọng để triển khai sử dụng máy NC. Độ chính xác này
giảm nhiều hao phí cần thiết cho việc kiểm tra, những sai lệch đợc xác định có
thể đợc hiệu chỉnh đơn giản.
Độ chính xác của một máy NC đợc đánh giá theo nhiều luận điểm khác nhau,
do vậy trong thực tế có các quy định quốc gia để vận dụng. Tiền đề ở đây là độ

12
chính xác hình học, tức là từng trục NC phải có vị trí chính xác so với nhau.
Thân máy NC phải có độ cứng vững cao là điều kiện đảm bảo khi các trục dịch
chuyển và khi gia công độ chính xác đợc giữ vững. Độ chính xác của một máy
NC cũng đợc đánh giá thêm theo đúng sai lệch dịch chuyển vào (dựa trên sai
lệch vị trí do sai số hệ thống và bề rộng phân bố của vị trí do sai số ngẫu nhiên).
Đối với các kiểu máy NC còn có những quy định đánh giá theo các chi tiết kiểm
tra đơn giản. Với những chi tiết kiểm tra này, máy công cụ cần đợc khảo sát về
những sai số điển hình.
Tính chất động học của hệ điều khiển số dẫn đến sai số kích thớc. Tại những
máy NC có gia tốc cao, với trị số gia tốc 10 m/giây và cao hơn sẽ xuất hiện biến
dạng động học.
Cuối cùng hệ thống dao đợc sử dụng và lắp đặt, các bộ phát động và nguồn
sai số thiết kế của máy (nhiệt độ, rung động, dẫn hớng cũng có vai trò quan
trọng đối với độ chính xác đạt đợc).
Để đạt đợc độ chính xác cao theo yêu cầu, máy phải có độ chính xác cao,
phải giảm chấn động. Vì vậy phải đảm bảo các ổ đỡ và trục vít me không có khe
hở, các bộ phận truyền và các trục vít me cân bằng tuyệt đối, các sống trợt có độ

cứng vững cao và không có ma sát để tránh quay trợt khi hoạt động. Ngày nay,
kết cấu thông dụng là trục vít me có ren hình thang đã đợc thay thế bằng kết cấu
trục vít me có chuỗi viên bi cầu chạy tuần hoàn trên trục ren có ít ma sát và có
thể coi nh không có khe hở. Kết cấu vít me + đai ốc bi + bi này có hiệu suất đạt
tới 98%, nhờ có ít nhiệt, có độ chính xác về bớc ren cao và có khả năng truyền
lực dịch chuyển lớn hơn so với kết cấu thông thờng có cùng kích thớc.
Muốn đạt đợc độ cứng vững chịu xoắn theo yêu cầu, khi trục vít me càng dài
thì đờng kính của nó phải càng lớn (tới 150mm) và mô men quán tính về khối l-

13
ợng cũng lớn. Vì vậy trong trờng hợp này thờng không truyền động tới trục vít
me mà truyền động vào đai ốc có quán tính ít hơn, còn trục vít me bị ngàm chặt.
I.3. Độ an toàn của gia công CNC
Một máy phức tạp nh một máy CNC đòi hỏi phải có độ an toàn cao, trớc hết
là đối với ngời vận hành máy, sau đó là tránh h hại máy, dụng cụ và chi tiết gia
công. Nhiệm vụ này phải do hệ CNC và PLC đảm nhận. Nh vậy ngời ta tìm cách:
- Phát hiện kịp thời những nỗi nguy hiểm của ngời vận hành và tránh tác
động của chúng.
- Phát hiện sớm lỗi chơng trình gia công ở thời điểm trớc một vài câu lệnh
và dừng máy ở vị trí thích hợp.
- Giám sát các sự cố của hệ thống bằng các phép đo thích hợp, dừng máy
kịp thời và chỉ rõ nguyên nhân của sai số.
- Nhớ và chỉ rõ nguyên nhân của sai số theo thứ tự xuất hiện của chúng khi
xuất hiện đồng thời nhiều sai số hoặc sai số liên quan nhau.
- Phát hiện xử lý ngay dụng cụ mòn hoặc vỡ để tránh phế phẩm.
Quan trọng hơn nữa là độ an toàn dự phòng chống lại sự phát sinh của sai số.
Điều này đạt đợc bằng nhiều biện pháp. Ví dụ tao khả năng nhạy cảm cao của
điều khiển đối với trờng hợp đứt mạch trong thời gian ngắn, đối với thay đổi
nhiệt độ và đối với các tia gây nhiễu.
Tất nhiên là không thể phát hiện đợc tất cả các sự cố trớc khi nó xảy ra, nhng

cũng sẽ là đủ nếu ít nhất cũng là các khả năng xảy ra sai số quan trọng nhất và
nguy hiểm nhất.
I.4. Bảo dỡng và dịch vụ CNC
Để đạt đợc tốc độ sản xuất cao, ngoài biện pháp thay đổi dụng cụ nhanh và
chạy dao nhanh khi không cắt, còn là giảm thời gian máy hỏng. Hầu nh các máy

14
NC hoạt động từ 2 đến 3 ca liên tục, trong khi đó các máy thay thế không phải
trong trờng hợp nào cũng có và thời gian máy hỏng thì không bù lại đợc. Thời
gian sửa chữa thì không thể định trớc chắc chắn đợc, làm cho mỗi khi máy hỏng
sẽ gây rối loạn quá trình gia công. Vì vậy phải xác định kịp thời các biện pháp
có nhiều hiệu quả để giảm thời gian hỏng máy. Một trong các biện pháp quan
trọng nhất là thỏa thuận với nơi sản xuất để trờng hợp cần thiết nhất không phải
chờ đợi lâu phụ tùng thay thế hoặc thợ lắp máy. Tất nhiên nơi sử dụng máy có
thể mua trớc phụ tùng thay thế và tự bảo quản nhng không thể bảo đảm rằng các
phụ tùng cần thay thế có trong số các phụ tùng thay thế đã mua và bảo quản.
Trong trờng hợp đó hệ thống dịch vụ của nhà sản xuất máy NC phải có chức
năng dịch vụ tại nơi sử dụng máy NC. Một kho lu trữ và bảo toàn dụng cụ thay
thế tốt, kết hợp với một số thợ sửa chữa năng động là tiền đề hỗ trợ cho nơi sử
dụng máy NC kịp thời và có hiệu quả khi máy hỏng. Bằng cách sử dụng đúng
các phơng tiện vận chuyển sẵn có, có thể đa nhanh phụ tùng thay thế tới nơi cần
thiết.
Mặt khác, nơi sử dụng máy NC cũng phải đào tạo lực lợng riêng đợc tập huấn
và tiếp nhận kỹ thuật tại nơi sản xuất máy NC. Không phải lúc nào những lỗi
tinh vi cũng gây ra hỏng máy. Theo thống kê có 70% các trờng hợp sự cố máy
NC có nguyên nhân đơn giản mà có thể khắc phục nhanh bằng kiến thức cơ sở
và tơng đối có hệ thống. Các hệ thống CNC có tích hợp các trợ giúp chuẩn đoán
và phát hiện các sai số hữu hiệu, mạnh để hỗ trợ ngời sử dụng máy NC khi gia
công. Ngời sử dụng chỉ còn phải tiếp cận, học và vận hành mà thôi, nếu không
các trợ giúp đó trở nên không còn ý nghĩa gì cả.

I.5. Tác động của điều khiển số đối với máy công cụ

15
Sau khi máy công cụ đợc trang bị hệ thống điều khiển số NC, đã xuất hiện rất
nhanh các kiểu các loại máy và phơng hớng gia công theo hớng điều khiển số.
Các trung tâm gia công, các máy đột dập, Sau đó là xu hớng phát triển các
máy có thể thực hiện tối đa những phơng pháp gia công trên một phôi trong một
lần gá, nh kiểu máy tiện nhng có thể khoan và phay đợc và trung tâm có nhiều
trục để có thể gia công phôi từ 5 phía. Hệ thay dụng cụ hệ thay bệ (phiến gá) tự
động và các thiết bị giám sát phối hợp hoạt động với nhau nâng cao mức độ tự
động hóa của máy. Bộ truyền và các bộ làm mát và các ổ đỡ trục mới ngăn ngừa
biến động về độ chính xác do biến dạng nhiệt của máy. Các đờng trợt và bộ
truyền vít me đai ốc bi có độ chính xác cao không có khe hở, có tác dụng bảo vệ
và chống phoi hay chất làm mát xâm nhập vào bộ truyền. Cuối cùng máy phải có
độ cứng vững tĩnh và động tơng ứng với giá trị gia tốc cao và tải trọng lớn.
I.6. Tác động của điều khiển số đối với dụng cụ
Dụng cụ cho máy CNC đã đợc phát triển từ những dụng cụ tiêu chuẩn cần
đáp ứng những yêu cầu đặt ra đối với các hệ thống dụng cụ tích hợp đối với máy
CNC nh sau:
- Gá đặt dụng cụ theo giải pháp định hình, nh dụng cụ có chuôi côn, có ren
để gá kẹp lên máy.
- Cứng vững cao.
- Cung cấp chất làm mát qua dụng cụ.
- Có khả năng điều chỉnh trớc (bên ngoài máy).
- Thay đổi dụng cụ thủ công và tự động
- Sử dụng cơ cấu tóm để thay đổi dụng cụ.
- Độ chính xác thay đổi dụng cụ cao.
- Có khả năng nhận dạng dụng cụ tự động

16

Ngời sử dụng máy CNC có nhiệm vụ giới hạn số lợng dụng cụ dùng cho máy
CNC vì dung lợng ổ tích dụng cụ có giới hạn nhất định và thay đổi dụng cụ cũng
không kinh tế. Nh vậy, những ngời sử dụng máy CNC cần phải có kinh nghiệm
phân biệt rõ 3 loại dụng cụ nh sau: Dụng cụ cụ tiêu chuẩn, dụng cụ hàng loạt và
dụng cụ chuyên dùng; rồi sử dụng các loại dụng cụ đó sao cho chi phí gia công
nhỏ nhất. Phơng pháp này cũng định hớng các nhà thiết kế sản phẩm để họ
không thiết kế những kết cấu sản phẩm dẫn tới kinh phí sử dụng cao.
I.7. Tác động của điều khiển số đối với máy các phần tử phát động
Do các máy CNC có gia tốc cao hơn và chịu tải mạnh hơn bắt buộc các bộ
phát động, các bộ truyền các đờng trợt, các trục vít me đai ốc bi, các hệ thống
bôi trơn phải đủ lớn. Trớc hết là các trục vít me đai ốc bi đợc truyền động và điều
chỉnh bằng các bộ phát động điều chỉnh vô cấp. ở thời kỳ đầu máy CNC đợc lắp
bộ phát động một chiều, sau đó động cơ SERVO đợc sử dụng ngày càng nhiều.
Động cơ SERVO có đặc điểm không phải giám sát và ít phải bảo dỡng. Các
bộ phận chuyển động quay nhanh ở các máy chính xác cao phải đợc cân bằng
tốt. Tốc độ quay nhanh và tốc độ tiến dao ngày càng cao, nhất là khi gia công
cao tốc. Giá trị gia tốc đạt 10 m/s
2
và máy đặc biệt là 40 m/s
2
. Toàn bộ hệ thống
động lực học phải có khả năng nhận lực lớn một cách an toàn, không gây thiệt
hại. Đối với trờng có va đập các bộ phận phát động của các trục phải có các khớp
nối an toàn để tự dừng hoạt động.
I.8. Tác động của điều khiển số đối với giá thành máy
Các trang bị CNC, các bộ phận máy cứng vững hơn, các hệ thống đo và khâu
lắp ráp chúng, thời gian dành cho công việc lắp ráp và đa vào sử dụng cùng
những yếu tố khác làm tăng giá thành của máy CNC so với máy thờng. Cộng vào
đó là chi phí cho lập trình, cho tập huấn đào tạo sử dụng, chi phí cho thiết bị hiệu

17
chỉnh dụng cụ trớc khi gá đặt dụng cụ lên máy CNC. Ngoài ra biện pháp liên kết
nhiều máy CNC với nhau còn có chi phí cho hệ thống vận chuyển phôi, bệ phôi,
các gá kẹp, hệ thống điều khiển CNC tập trung trực tiếp dẫn đến việc gia công
trên máy CNC đắt hơn rất nhiều.

Giá thành chế tạo các chi tiết
Số luợng các chi tiết
I: Máy cổ điển
II: Máy cổ điển có ổ chuyên dùng
III: Máy chuyên dùng
IV: Dây chuyền máy
V
IV
III
II
I
Biểu đồ mô tả tác động của dạng sản xuất đến giá thành sản phẩm khi sử
dụng các loại máy khác nhau
Để bù lại, tốc độ sản xuất trên máy CNC phải cao hơn máy thờng. Vì vậy, ng-
ời ta mua máy phải tính toán chính xác lợi nhuận sẽ thu đợc ở chế độ 2 hay 3 ca
sản xuất.
I.9. Tác động của điều khiển số đối với tổ chức xí nghiệp
Việc sử dụng máy CNC có tác động đến toàn bộ quá trình chế tạo các chi tiết,
từ khâu thiết kế chi tiết, qua khâu chuẩn bị công nghệ và khâu gia công cho đến
các khâu bảo quản và lắp ráp sản phẩm.
Quá trình thông tin tích cực, khẩn trơng và mối liên quan giữa các bộ phận
tạo điều kiện tiền đề cho việc sử dụng có hiệu quả kinh tế của các máy CNC và
phát huy u điểm của chúng trong sử dụng. Điều đó đợc bắt đầu ngay từ khi lập

18
kế hoạch mua sắm máy CNC, đặc biệt đối với những máy CNC đầu tiên. Đối với
những máy CNC tiếp theo, các vấn đề và những công việc chuẩn bị sẽ ít hơn vì
có thể sử dụng vào kinh nghiệm thu đợc ở các máy CNC đầu tiên và công việc sẽ
dễ dàng hơn.
Thông thờng quá trình nghiên cứu và khai triển để đa máy CNC vào một xí
nghiệp thờng gồm ba bớc sau:
- Thay thế một máy thờng bằng một máy CNC.
- Mở rộng khâu gia công CNC bằng cách mua thêm các máy CNC khác và
tiếp tục mở rộng khâu gia công trên máy CNC và không sử dụng các máy
khác.
- Liên kết và tự động hóa nhiều máy CNC trong hệ thống gia công linh hoạt
với điều khiển DNC và máy tính chỉ đạo.
Với bớc thứ nhất và thứ hai, gồm lập kế hoạch cũng phải kiểm tra xem phơng
pháp lập trình nào cần đợc áp dụng. ở đây có hai phơng pháp lập trình cạnh
nhau, đó là lập trình tại xởng và lập trình tại khâu chuẩn bị sản xuất.
I.10. Tác động của điều khiển số đối với việc mua sắm máy
Để giảm tối đa các rủi ro, ngời mua máy phải u tiên các sản phẩm đã hoàn
thiện, đã đợc kiểm tra trong thực tế sử dụng. Trên cơ sở các sản phẩm CNC, ngời
mua tự định hớng theo các hệ thống mà trong xí nghiệp của mình đã có, vì phụ
tùng thay thế là một yếu tố tạo thành chi phí không thể bỏ qua. Nhng do sự phát
triển tiếp theo của các máy và hệ điều khiển, những yêu cầu ngày càng cao của
khách hàng và những đề an máy mới luôn luôn không phải bao giờ cũng là lời
giải chắc chắn. Thông thờng những yêu cầu của khách hàng chỉ đợc đáp ứng
bằng các đề án máy mới và hệ điều khiển mới. Vì vậy ngời mua máy phải đặt ra
ba yêu cầu chính đối với toàn bộ hệ thống u tiên của mình nh sau:

19
- Phải đảm bảo hoạt động tốt và tin cậy sao cho đạt đợc hiệu quả quy định.
Trong phạm vi sáu tháng vận hành, khâu đánh giá thống kê phải chỉ rõ là

đang tiến dần đến mục tiêu đã định trớc.
- Lập trình, vận hành, bảo dỡng máy phải đơn giản và dễ học. Vì vậy, hãng
chế tạo phải có chơng trình đào tạo, tập huấn và hớng dẫn ngời sử dụng.
Khi có sự cố phải có có sự hỗ trợ và trợ giúp ngay. Cần tài liệu đầy đủ về
máy để cung cấp cho ngời sử dụng.
- Không chỉ có những chức năng NC cơ bản mà còn có các phần mềm
chuyên dụng đợc đặt mà trong nhiều trờng hợp việc mua sắm phụ thuộc
vào chúng. Các chức năng và các phần mềm này phải đảm bảo chạy tốt ở
thời điểm chuyển giao máy cho ngời sử dụng. Điều này đặc biệt quan
trọng khi cần giảm nhẹ lao động hoặc nâng cao mức độ tự động hóa của
máy.
II. CáC KHáI NIệM CƠ BảN CủA MáY điều khiển số
II.1. Khái niệm trục (AXIS)
Các khái niệm về các trục tọa độ, chiều chuyển động của máy công cụ điều
khiển số đợc quy định trên phạm vi quốc tế (tiêu chuẩn ISO-Recommendation
R841), dựa trên cơ sở quy tắc ba ngón tay của bàn tay phải mà định nghĩa chiều
của ba chuyển động cơ bản vuông góc với nhau là X, Y, Z nh sau: Ngón tay cái
là trục X, ngón tay trỏ là trục Y và ngón tay giữa là trục Z, còn đầu các ngón tay
chỉ chiều dơng của trục (Quy tắc bàn tay phải)
Để định nghĩa trục của một máy điều khiển số (NC) theo quy tắc bàn tay
phải, ngời ta quy định là đút ngón tay giữa vào lỗ lắp dụng cụ cắt của máy. Đó
chính là trục Z và ngón tay giữa chỉ rõ chiều dơng là chiều từ phôi đi về phía trục

20
máy. Sau đó xoay bàn tay phải sao cho ngón cái chỉ chiều chuyển động của trục
dài nhất, đó chính là trục X. Trục X thờng nằm ngang, từ đó trục Y tự động đợc
xác định và ngón trỏ chỉ chiều dơng của trục Y.
Tất cả các trục còn lại dựa theo ba trục cơ bản là X, Y, Z đó là các trục:
- Trục A,B,C là các trục
quay tròn so với trục X,

Y, Z: Nghĩa là A quay
xung quanh X, B quay
xung quanh trục Y, C
quay xung quanh trục Z.
Chiều quay của các trục
là chiều dơng nếu nhìn từ
gốc của hệ trục về
chiều dơng của các trục X, Y, Z mà có chiều quay phải.
- Trục U,V,W là các trục song song và cùng chiều với các trục X, Y, Z.
- Trục P, Q, R là các trục không bắt buộc song song với ba trục X, Y, Z.
Trục R chủ yếu dùng ở các chu trình khoan ở dạng địa chỉ ứng với mặt
phẳng gốc của phôi gia công, nghĩa là khi trục Z chuyển từ chế độ quay
nhanh không cắt sang chế độ tiến dao để cắt.

21
+X
+Y
+Z
- Y
- X
- Z
+A
+B
+C
Trục dạng cổng
Đuờng truợt
Ta có thêm khái niệm X1/X2 hoặc Y1/Y2. Đó là trờng hợp những máy điều
khiển số (NC) có trụ đứng và các dầm ngang có thể di chuyển đợc, còn gọi là
các trục dạng cổng (granty), cần phải có hai bộ khởi động tách biệt cho các
chuyển động ở hai phía vì các sống trợt của máy bố trí khá xa nhau. Đặc biệt là

các chuyển động phối hợp đợc lập trình với địa chỉ nh nhau, có thể là X hoặc Y.
Trụ máy
Hộp trục chính
Bạc đỡ
Trục chính
Z
W
Khi cố định chiều dơng của trục phải luôn giả định là dụng cụ luôn luôn
chuyển động còn phôi gia công luôn luôn đứng yên.
Chiều dơng của trục khi này đợc xác định nh chiều dơng của các chuyển
động: +X, +Y, +Z, +A, +B, +C.
Trong trờng hợp mà phôi gia công chuyển động, nh ở bàn tọa độ, chiều
chuyển động và chiều của trục ngợc nhau. Khi bàn chuyển động sang phải thì

22
dụng cụ thực hiện một chuyển động sang trái, trong trờng hợp này phải cho
chiều thực tế của trục với địa chỉ có thêm dấu () ở trên đầu nh sau: +X, +Y,
+Z Quy định này có u điểm là ngời lập trình có thể lập chơng trình điều khiển
mà không phụ thuộc vào cấu tạo máy. Chuyển động mong muốn giữa trục và
phôi luôn đảm bảo đúng chiều và không phụ thuộc vào cấu hình quá trình xử lý
số.
Khái niệm NC và CNC đợc phân biệt nh sau:
- NC: Numerical Control = Điều khiển số
- CNC: Computerised Numerical Coltrol = Điều khiển số bằng máy vi tính
Máy công cụ NC và CNC có cấu tạo tổng quát gồm hai bộ phận chính là:
+ Máy công cụ thực hiện quá trình gia công (tiện, phay, khoan, mài)
+ Hệ điều khiển số (bộ điều khiển số NC hoặc bộ điều khiển số dùng vi tính
CNC).
Dữ liệu mô tả tiến trình và nội dung gia công chi tiết cơ khí đợc lu giữ ở hệ
điều khiển số (NC, CNC) dới dạng chơng trình NC do ngời thợ đứng máy hoặc

do kỹ thuật viên lập trình soạn thảo hoặc do hệ CNC của máy công cụ soạn thảo
tự động theo ngôn ngữ lập trình sử dụng cho máy (do các hãng chế tạo máy CNC
cài đặt và quy định).
Chơng trình CNC đợc nạp từ ngoài vào hệ NC, CNC trực tiếp bằng tay thông
qua bàn điều khiển của máy công cụ hoặc bàn phím của máy vi tính nối với máy
công cụ, hoặc thông qua các vật mang tin nh băng đục lỗ, bìa đục lỗ, băng từ
dùng cho hệ NC, đĩa compact (CD), đĩa mềm dùng cho hệ CNC.
Quá trình gia công chi tiết trên máy NC, CNC đợc thực hiện tự động, độ
chính xác và năng suất gia công do máy quyết định không phụ thuộc vào ngời

23
thợ đứng máy, ngời thợ đứng máy chỉ còn chức năng giám sát và can thiệp kịp
thời vào quá trình đó khi cần thiết.
Nguyên lý hoạt động của máy NC, CNC đợc mô tả nh sau:
Nguời lập trình NC
Thợ đúng máy NC
Chuơng trình NC
Hệ điều khiển NC
Máy công cụ NC, CNC
Sự khác nhau giữa hai thế hệ máy công cụ NC và CNC là ở hệ điều khiển
bằng số và phơng thức điều khiển phụ thuộc vào hệ điều khiển bằng số. Chơng
trình NC là phần mềm có cấu trúc thống nhất chung áp dụng cho cả hai hệ thống
máy công cụ NC và CNC đợc xây dựng theo nguyên lý điều khiển số.
Máy công cụ làm việc theo nguyên lý điều khiển số là những máy công cụ
làm việc theo dữ liệu đầu vào ở dạng các số và theo hệ lệnh điều khiển (dịch
chuyển, nội suy, hiệu chỉnh, đóng ngắt,).
Quá trình xử lý số là bản chất của quá trình điều khiển NC, CNC và bao gồm
hai giai đoạn là:
- Xử lý bên ngoài (lập chơng trình NC) để tạo ra vật mang tin lu trữ và
chuyển tải chơng trình NC.

- Xử lý số bên trong (gia công theo chơng trình NC đã lập) từ vật mang tin.
Mô tả quá trình xử lý số ở máy công cụ NC và CNC:
Bản vẽ chi
tiết cơ khí
Lập trình gia
công NC
Vật mang tin
Hệ điều khiển
NC, CNC
Máy công cụ
NC, CNC
Xử lý số bên ngoài
Xủ lý số bên trong

24
Việc chuẩn bị công nghệ cho quá trình gia công chi tiết trên máy công cụ NC
và CNC đợc mô tả nh sau:
II.2. Quá trình phát triển của kỹ thuật gia công NC, CNC
Kỹ thuật gia công NC, CNC có quá trình phát triển nh sau:
Máy đơn lẻ NC, CNC

Trung tâm gia công NC,
CNC
Tế bào gia công NC, CNC
Hệ thống gia công linh
hoạt NC, CNC
Trung tâm gia công NC và CNC
- Gia công hoàn chỉnh các loại, kiểu, cỡ chi tiết cơ khí khác nhau nhng cùng
một dạng chi tiết (chi tiết tròn, chi tiết không tròn) bằng nhiều phơng pháp
gia công khác nhau (tiện + khoan, tiện + phay, phay + khoan) trong một

lần gá phôi, gia công nhiều bề mặt chi tiết đồng thời.
- Bàn gá phôi: Xoay lật để gia công những mặt tọa độ khác nhau.
- Thay dụng cụ, gá đặt (tháo dỡ) phôi (chi tiết) tự động bằng hệ cung ứng tự
động gồm: ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và cơ cấu thay đổi dụng cụ (phôi):
Tay máy, ngời máy.
- Thờng có hai trục công tác để gia công thô và tinh.
- Ví dụ CNC TRAUB-TNS 480 để phay tiện chi tiết tròn.
Tế bào gia công
- Tế bào gia công phát triển tên cơ sở trung tâm gia công nhng hoàn thiện
hơn, tự động hóa cao hơn, có thể hoạt động trong suốt một ca sản xuất.
- Sơ đồ tế bào gia công NC và CNC nh sau:

25