Báo cáo đồ án tốt nghiệp: Máy phay CNC mini v2

TRƢỜNG ĐHKTCN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc



NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên: Mè Hải Anh
Phan Mạnh Cƣờng
Lớp: K45DDK Khoá: K45
Ngành học: Điều Khiển Tự Động
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Bùi Mạnh Cƣờng
1. Tên đề tài tốt nghiệp :
“Thiết kế bộ điều khiển máy CNC công nghiệp dùng vi điều khiển”
2. Các số liệu ban đầu (nếu có).
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
- Tổng quan về máy phay CNC mini.
- Mở rộng: Xây dựng kết cấu cơ khí cho mô hình máy phay CNC mini.
- Thiết kế mạch điều khiển cho máy phay CNC mini.
- Lập trình cho máy phay CNC mini.
- Kết luận và kiến nghị.
4. Số lượng các phần mềm, bảng biểu, bản vẽ (kích thước A0)
- Sử dụng phần mềm Altium Designer và proteus để vẽ mạch và mô phỏng.
- Sử dụng phần mềm PIC C Compiler để lập trình cho bộ điều khiển.
- Sử dụng phần mềm LinuxCNC để điều khiển máy CNC mini.
- 45 hình vẽ.
5. Ngày giao nhiệm vụ: 09/03/2014
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/05/2014

BAN CHỦ NHIỆM KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên)
GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)



Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD : ThS. Bùi Mạnh Cường


Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD : ThS. Bùi Mạnh Cường



LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước
với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra
cho thế hệ trẻ - những chủ nhân tương lai của đất nước những nhiệm vụ nặng nề.
Sự phát triển nhanh chóng của cách mạng khoa học kĩ thuật nói chung và trong
lĩnh vực điện – điện tử nói riêng làm cho bộ mặt xã hội đất nước biến đổi từng ngày.
Điều khiển Tự Động là một trong những ngành mới, đang có đà phát triển một
cách tích cực trong nền công nghiệp nước nhà, chính vì vậy chúng em những kỹ sư
tương lai của đất nước đang nghiên cứu trên ghế nhà trường, đều ý thức một cách rõ
ràng về Điều Khiển Tự Động. Để có thể hiểu sâu hơn về chuyên ngành cũng như kiến
thức thực tế nhóm tác giả đã đăng ký làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế bộ

điều khiển máy CNC công nghiệp dùng vi điều khiển”, đây là một đề tài rất hay là
một ví dụ điển hình tổng hợp các kiến thức về cơ khí, kỹ thuật điều khiển.
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD : ThS. Bùi Mạnh Cường


Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD : ThS. Bùi Mạnh Cường


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước hết chúng em xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp nói chung và các thầy
cô giáo khoa Điện tử, bộ môn Đo lường – Điều khiển nói riêng đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, và đã tạo điều kiện
thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt khóa học.
Đặc biệt, chúng em xin trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn - ThS. Bùi Mạnh
Cường,ThS.Nguyễn Văn Chí ,hai thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng
dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc
với thầy, chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập
được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là
những điều rất cần thiết cho chúng em trong quá trình học tập và công tác sau này.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em còn nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ, hỗ trợ và động viên của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Chúng em xin bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc.
Do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên đồ án tốt
nghiệp của chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô để kiến thức của chúng em trong lĩnh
vực này được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, chúng em xin kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, niềm tin

để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai
sau.
Chúng em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 05 năm 2014
Sinh viên thực hiện


Mè Hải Anh - Phan Mạnh Cƣờng

Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD : ThS. Bùi Mạnh Cường


Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 11
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 13
1.1 Giới thiệu chung về máy CNC 13
1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC 13
1.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC 14
1.2 Giới thiệu chung về máy phay CNC 15
1.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta 15
1.2.2 Phân loại máy phay CNC 15
1.2.3 Giới thiệu về một số mẫu mã máy phay CNC đang có trên thị trường 16
1.3 Các phƣơng pháp điều khiển trên máy CNC 17
1.3.1 Điều khiển 2D 17

1.3.2 Điều khiển 21/2D 17
1.3.3 Điều khiển 3D 18
1.4 Cấu trúc tổng thể máy CNC mini 18
1.4.1 Phần điều khiển 18
1.4.2 Phần chấp hành 19
1.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC 19
Chƣơng 2 21
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG KẾT CẤU MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC MINI . 21
2.1 Chọn phƣơng án cho chuyển động chạy dao 21
2.1.1 Phương án cho chuyển động chạy dao 21
2.1.2 Chọn phương án cho chuyển động chạy dao 22
2.1.3 Các thông số kỹ thuật cho máy 23
2.2 Sơ đồ động học máy 23
2.2.1 Sơ đồ kết cấu dẫn động theo 3 trục X, Y và Z 23
2.2.2 Lựa chọn bộ truyền vít me – đai ốc 24
2.2.3 Chọn cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động 25
2.2.4 Chọn các bộ phận khác của máy 26
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

2
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

3

2.3 Các loại động cơ đƣợc sử dụng trong máy CNC 26
2.3.1 Yêu cầu kỹ thuật của động cơ chấp hành (ĐCCH) trong máy CNC mini 26
2.3.2 Động cơ chấp hành một chiều 27
2.3.3 Động cơ bước 28

2.3.4 Động cơ Servo 34
2.3.5 Động cơ điện xoay chiều 36
2.3.6 Chọn động cơ cho mô hình thiết kế 36
Chƣơng 3. XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH CÔNG SUẤT 39
3.1 Tìm hiểu một số mạch có trên thị trƣờng 39
3.1.1 Mạch dùng chip TB6560 39
3.1.2 Mạch dùng chip L297 – L298 40
3.2 Xây dựng bộ điều khiển 40
3.2.1 Sơ đồ khối nguyên lý 41
3.2.2 Nguyên lý hoạt động 41
3.3 Xây dựng mạch điều khiển 42
3.3.1 Chức năng, nhiệm vụ 42
3.3.2 Chọn Vi điều khiển 42
3.3.3 Sơ đồ nguyên lý 43
3.3.5 Mô tả 44
3.4 Xây dựng mạch công suất 45
3.4.1 Nguyên lý điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực (Unipolar stepping
motor) 45
3.4.2 Xây dựng được sơ đồ nguyên lý mạch công suất 45
3.4.3 Hình thực tế mạch công suất 46
3.4.4 Giải thích hướng chọn các linh kiện 46
3.4.5 Mô tả mạch công suất 47
Chƣơng 4 49
LẬP TRÌNH CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI MÁY TÍNH 49
4.1 Sơ đồ điều khiển 49
4.1.1 Kết nối bộ điều khiển với máy tính thông qua cổng LPT 49
4.1.2 Nguyên lí điều khiển 51
4.2 Phần mềm điều khiển 51
4.2.1 Giới thiệu về LinuxCNC 51
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển

GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

4
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

5
4.2.2 Cài đặt thông số 51
4.3 Sơ lƣợc trình tự gia công 56
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59
5.1 Kết quả đạt đƣợc 59
5.1.1 Mô hình máy tổng thể 59
5.1.2 Kết quả thử nghiệm 60
5.2 Kết luận 61
5.2.1 Ưu điểm 61
5.2.2 Nhược điểm 61
5.3 Kiến nghị 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 65
Code lập trình 65
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

6
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

7
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Máy CNC XK 16
Hình 1.2 Loại máy phay CNC kiểu Router 16
Hình 2.3 Cấu trúc tổng thể máy CNC 18
Hình 2.1 Mô phỏng phương án 1 21
Hình 2.2 Mô phỏng phương án 2 22
Hình 2.3 Sơ đồ kết cấu bàn máy 23
Hình 2.4 Sơ đồ kết cấu dẫn động trục Z 24
Hình 2.5 Sơ đồ kết cấu dẫn động trục chính 24
Hình 2.6 Vít me đai ốc thường 25
Hình 2.7 Bi trượt và thanh trượt 26
Hình 2.8 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu 30
Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động của động cơ nam châm vĩnh cửu 30
Hình 2.10 Động cơ bước có từ trở thay đổi 31
Hình 2.11 Động cơ bước hỗn hợp 32
Hình 2.12 Cấu trúc trong động cơ lai 33
Hình 2.13 Kết cấu thực tế của động cơ lai 33
Hình 2.14 Động cơ DC servo 34
Hình 2.15 Động cơ DC trục chính 37
Hình 2.16 Thông số động cơ bước 38
Hình 3.1 Mạch điều khiển động cơ bước TB6560 39
Hình 3.2 Nguyên lý mạch điều khiển động cơ bước dùng L297 – L298 40
Hình 3.3 Sơ đồ khối nguyên lý mạch điều khiển 41
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất spindle 42
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 43
Hình 3.6 Mạch in thực tế của mạch điều khiển 44
Hình 3.7 Nguyên lý điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực 45
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 45
Hình 3.9 Hình thực tế mạch công suất 46
Hình 3.10 Thông số Mosfet IRF540 46
Hình 3.11 Nguyên lý cổng logic AND 48

Hình 4.1 Sơ đồ kết nối và điều khiển 49
Hình 4.2 Sơ đồ chân LPT 50
Hình 4.3 Tạo một cài đặt mới 52
Hình 4.4 Trang thông tin cơ bản 53
Hình 4.6 Thông số trục X 54
Hình 4.7 Thông số trục Y 54
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

8
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

9
Hình 4.8 Thông số trục Z 55
Hình 4.9 Thông số Spindle 55
Hình 4.10 Hoàn tất cài đặt 56
Hình 4.11 Giao diện chương trình 56
Hình 5.1 Tủ điện máy CNC 59
Hình 5.2 Mô hình máy tổng thể 60
Hình 5.3 Sản phẩm thực tế 60

Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

10
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

11

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, thế giới cũng vừa trải qua
cuộc khủng hoảng kinh tế trầm trọng đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền công
nghiệp toàn cầu. Chính vì thế, việc ứng dụng các kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất
nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, giá thành chấp nhận
được ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển.
Thị trường ngày càng xuất hiện nhiều chủng loại và mẫu mã hàng hóa thay đổi
thường xuyên. Để giải quyết những yêu cầu về sự đa dạng này thì giải pháp máy
CNC là hoàn toàn phù hợp. Ở Việt Nam, máy CNC đã được đưa vào sử dụng ở các
xí nghiệp dân sự và quốc phòng nhưng chưa phổ biến.
Do vậy nhóm đã quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế bộ điều khiển máy CNC
công nghiệp dùng vi điều khiển” kết hợp xây dựng mô hình máy phay CNC mini.
Ngoài ra nhóm tác giả cũng mong muốn đề tài tạo cơ sở cho việc chế tạo một
máy phay Mini CNC hoàn chỉnh, phục vụ cho công tác giảng dạy của nhà trường
nói chung và của khoa Điện tử nói riêng.
Sự ra đời của đề tài còn do sự ham thích tìm hiểu về máy CNC, sự say mê tìm
hiểu cách thức hoạt động, các cơ cấu bộ phận của máy CNC và đây cũng là cơ hội
để nhóm tác giả ôn lại các kiến thức tổng quát đã được học về cơ khí và điện tử.
2. Giới hạn đề tài
Vì điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị và thời gian chuẩn bị còn hạn chế
nên nhóm chỉ tập trung thiết kế và hoàn thành một máy phay CNC mini cơ bản có
thể hoạt động được, còn rất nhiều vấn đề khác cần phải hoàn thiện thêm.
Do kinh phí để chế tạo hạn hẹp nên không thể sử dụng được hết những chi tiết,
cơ cấu hiện đại, như động cơ Servo xoay chiều, hệ thống thay dao, hệ thống làm
mát, hệ thống thoát phoi
Bên cạnh đó, với vốn kiến thức còn hạn chế và không chuyên về lĩnh vực chế
tạo máy, nên nhóm tác giả gặp rất nhiều khó khăn trong việc tiếp cận và lĩnh hội các
thông tin về đề tài.

Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

12
3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài "“Thiết kế bộ điều khiển máy CNC công nghiệp dùng vi điều khiển” được
nghiên cứu với các mục đích sau:
- Sử dụng những kiến thức được học để xây dựng bộ điều khiển có thể điều
khiển hoạt động cho máy CNC.
- Sự ra đời của đề tài do sự ham thích tìm hiểu về máy CNC, xây đựng được
mô hình máy CNC có thể chạy được thông qua sự điều khiển của bộ điều khiển đã
thiết kế.
- Máy được chế tạo có kích thước nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, dễ vận hành
thao tác, có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác trong không gian làm việc, máy
có khả năng phay các chi tiết một cách tự động.
- Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống đẹp mắt, hoạt động đơn giản và
thuận tiện.
- Đề tài được cho ra đời nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận
nhiều hơn với máy CNC. Ngoài ra nhóm tác giả mong muốn đề tài còn tạo cơ sở
cho việc chế tạo một máy phay Mini CNC hoàn chỉnh, phục cho công tác giảng dạy
của nhà trường và của khoa.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp tham khảo tài liệu:
 Tham khảo tài liệu về công nghệ CNC, tài liệu về thiết kế mô phỏng, tài
liệu về lập trình vi điều khiển, tài liệu về động bước, động cơ Servo…
 Tham khảo, nghiên cứu kết cấu một số máy CNC có cấu trúc trên thị trường
và giá thành của chúng.
 Tham khảo các tài liệu về thiết kế bộ điều khiển cho máy CNC mini.

- Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp và thí nghiệm các mạch điều khiển
động cơ DC step, bộ điều khiển chính, cổng truyền thông song song của máy tính,
kết nối điều khiển, gia công toàn bộ các chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh mô hình máy
phay CNC mini.
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

13
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

1.1 Giới thiệu chung về máy CNC
Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là máy công cụ, điều khiển theo
một chương trình định sẵn. Các dữ liệu được cung cấp dưới dạng tập lệnh.
1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC
- Năm 1949: Mẫu đầu tiên của máy NC (Numerical Controlled) do MIT
(Viện công nghệ Massachusetts) thiết kế và chế tạo theo đặt hàng của Không lực
Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết phức tạp và chính xác của máy bay.
- Năm 1952: Chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hãng Cincinnati
Hydrotel được trưng bày tại MIT.
- Những năm 1960:
 Máy NC được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp.
 Các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng
kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng.
 Chương trình được chứa trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và không
sửa chữa được.
 Giao tiếp người - máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím.
- Năm 1970:
 Các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp
 Máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn,

 Các băng đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,
 Tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, cho
đến khi máy tính được ứng dụng.
- Đầu những năm 1970, máy CNC (Computer Numerical Control) ra đời: Các
bộ điều khiển số trên máy công cụ được tích hợp máy tính và thuật ngữ CNC ra đời.
Máy CNC ưu việt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt.
- Tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

14
- Ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện với
người dùng và các thiết bị ngoại vi khác.
Ưu điểm của các máy CNC ngày nay:
- Có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với
người dùng.
- Nhờ màn hình, người dùng được thông báo thường xuyên về tình trạng của
máy, cảnh báo báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mô phỏng để kiểm tra
trước quá trình gia công,
- Có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như robot, băng tải,
thiết bị đo, trong hệ thống sản xuất.
- Có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ
(LAN) đến mạng diện rộng (WAN) và Internet.
Hiện nay máy công cụ CNC đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi vào
nhiều lĩnh vực cuộc sống nhiều nước trên thế giới. Cùng với sự phát triển vượt bậc
của công nghệ vi xử lý, trung tâm điều khiển của máy CNC hiện đại được điều
khiển bởi bộ vi xử lý. Nhờ tốc độ xử lý của các phần tử này mà nhịp độ làm việc
của các máy CNC được ghép với chúng không bị thay đổi. Có thể coi sự ra đời của
máy CNC là một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy, đó là một
phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống sản xuất linh hoạt. Nó góp phần thúc đẩy

quá trình tự động hóa nhằm dần dần thay thế vai trò của con người trong quá trình
sản xuất.
1.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC
- Khả năng tự động hoá cao.
- Năng suất gia công cao, thời gian phụ (thay dao, chạy không,…) giảm.
- Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao.
- Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề mặt
trong cùng một lần gá.
- So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành trình,
trục gài bi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm được thời
gian điều chỉnh máy đạt được tính chính xác cao ngay cả với sản xuất hàng loạt nhỏ.
- Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm
việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa”. Phương thức này cho phép nối
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

15
ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý xí nghiệp. Đồng thời cũng tạo
điều kiện cho việc ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên kết
cục bộ ( LAN) hay mạng liên thông (WAN).
Máy công cụ CNC tuy có được nhiều ưu điểm so với máy vạn năng nhưng
cũng còn có nhược điểm là:
- Không thích hợp với việc gia công những chi tiết đơn giản.
- Chi phí cho việc mua sắm trang thiết bị quá cao.
- Đòi hỏi người thợ đứng máy phải có một kiến thức tương đối rộng cả về cơ
khí, lẫn điện tử khi tiến hành gia công.
1.2 Giới thiệu chung về máy phay CNC
1.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta
Cho đến nay ở nước ta số lượng máy CNC được sử dụng chưa nhiều. Mà phần
lớn những máy được sử dụng là máy phay CNC vì máy này có thể đảm nhận được

nhiều công việc như gia công lỗ, rãnh, mặt phẳng, các loại mặt định hình phức tạp.
Ở nước ta, máy CNC thường dùng để gia công những nguyên công khó, vì thế
giá thành để gia công tương đối cao, đây là nhược điểm cần được khắc phục.
Hiện nay, một số trường đại học kỹ thuật cũng đã trang bị được một vài máy
CNC phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập. Mặc dù số lượng còn rất khiêm
tốn và sinh viên cũng không có nhiều cơ hội tiếp xúc.
Gần đây, phong trào tự chế tạo máy CNC (Homemake CNC) đang được nhiều
bạn sinh viên cũng như kỹ sư quan tâm.
1.2.2 Phân loại máy phay CNC
Tùy thuộc vào vị trí tương đối của trục chính so với các bề mặt làm việc máy
người ta phân thành hai loại:
- Máy phay CNC có trục đứng: như máy phay đứng, phay Revolve, phay
khoan, doa tọa độ một phía, hai phía, phay giường.
- Máy CNC có dạng trục ngang: trục chính nằm ngang, dao cắt được đặt trên
cơ cấu chứa dao, cơ cấu này có thể có dạng hình mâm cặp hoặc hình băng tải. Việc
lấy dao từ ổ chứa dao và đưa dao từ trục chính vào ổ chứa dao được thực hiện bằng
cơ cấu tay máy. Loại CNC trục ngang có thể gia công được từ nhiều phía.
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

16
1.2.3 Giới thiệu về một số mẫu mã máy phay CNC đang có trên thị trường
Máy CNC dùng trong công nghiệp:

Hình 1.1 Máy CNC XK
- Ưu điểm:
 Gia công chính xác các loại vật liệu.
 Chạy hoàn toàn tự động (thay dao tự động).
- Nhược điểm:
 Giá thành cao, khó chế tạo.

Hình 1.2 Loại máy phay CNC kiểu Router
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

17
- Ưu điểm:
 Gia công chính xác
 Giá thành rẻ
 Dễ chế tạo
- Nhược điểm:
 Không có khả năng thay dao tự động.
1.3 Các phƣơng pháp điều khiển trên máy CNC
1.3.1 Điều khiển 2D
Với điều khiển 2D hai trục có thể điều khiển
đồng thời. Do vậy các dịch chuyển của dụng cụ có thể
thực hiện theo đường thẳng và dạng tròn trên cùng một
mặt phẳng.
Ví dụ: Một máy phay CNC 3 trục, điều khiển 2D,
nghĩa là các biên dạng có thể phay theo hai trục còn
trục thứ ba phải được tiến dao đặc biệt độc lập với hai
trục kia.
1.3.2 Điều khiển 21/2D
Điều khiển 21/2D tạo ra các chuyển động của
dụng cụ cắt trong nhiều mặt phẳng, bằng cách nội suy
chuyển đổi giữa một trong ba mặt phẳng chính.
Tất cả 3 trục được điều khiển trong điều khiển
21/2D tuy nhiên trong mỗi mặt phẳng luôn luôn chỉ
có hai trục được điều khiển đồng thời. Trục thứ ba gọi

là trục tiến dao.
Tuỳ thuộc vào mặt phẳng gia công được chọn
mà các trục khác nhau được điều khiển đồng thời. Do
vậy, các chuyển động có thể có các mặt phẳng sau:
- Mặt phẳng X/Y
- Mặt phẳng X/Z
- Mặt phẳng Y/Z
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

18
1.3.3 Điều khiển 3D
Ba trục được nội suy đồng thời trong điều
khiển 3D, nhờ đó các chuyển động của dụng cụ
cắt được thực hiện trong không gian theo kích
thước ba chiều.
Qua đó có khả năng gia công được các biên
dạng phức tạp, ví dụ như chế tạo dao cắt, chế tạo
khuôn mẫu gia công trong một lần kẹp.
Ngày nay hầu hết các máy công cụ được điều
khiển bằng 3D.
1.4 Cấu trúc tổng thể máy CNC mini
Máy CNC gồm có hai phần chính như sau:

Hình 2.3 Cấu trúc tổng thể máy CNC
1.4.1 Phần điều khiển
Phần điều khiển của máy CNC mini gồm chương trình điều khiển và thiết bị
điều khiển:
+ Chương trình điều khiển: là phần mềm trên máy tính có nhiệm vụ đọc
chương trình, thực hiện các biến đổi cần thiết để đưa tín hiệu điều khiển xuống

mạch điều khiển, nó bao gồm cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu,
cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh.
+ Cơ cấu điều khiển: mạch điều khiển và mạch công suất có nhiệm vụ nhận tín
hiệu từ máy tính, thực hiện các biến đổi cần thiết để điều khiển được cơ cấu chấp
hành và kiểm tra sự hoạt động của cơ cấu chấp hành thông qua các cảm biến liên hệ
ngược (công tắc hành trình). Cơ cấu điều khiển gồm: cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển
Đồ án tốt nghiệp  Bộ môn: Đo lường điều khiển
GVHD: ThS. Bùi Mạnh Cường

19
đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu hành trình, cơ cấu
đo vận tốc các thiết bị xuất nhập tín hiệu.
1.4.2 Phần chấp hành
Phần chấp hành bao gồm toàn bộ khung máy, bàn máy, các động cơ và các cơ
cấu chạy dao truyền động trên máy phay CNC mini, nó nhận tín hiệu từ bộ driver
điều khiển tạo ra các chuyển động chạy dao đúng như bản vẽ.
Dao cắt là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt chi tiết.
Bộ truyền động thường sử dụng phương pháp khử khe hở của bộ truyền vít me
- đai ốc bi…
1.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC
Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công trên máy CNC
phải nằm trong hệ tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải:
+ Đặt ngửa bàn tay phải lên bàn máy với phương chiều các ngón tay như hình
vẽ, chiều ngón giữa là chiều trục Z, ngón trỏ là chiều trục Y, ngón cái là chiều trục X.
+ Trong hệ tọa độ này có 6 chuyển động: 3 chuyển động tịnh tiến theo 3 trục
và 3 chuyển động quay theo 3 trục.
+ Trục Z: tương ứng với trục chính của máy CNC, có chiều dương là chiều mà
theo đó khoảng cách giữa dao và chi tiết tăng dần.
+ Trục X: là chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC.
Ví dụ: Trên máy phay là chuyển động dọc trục, trên máy tiện là chuyển động

theo phương ngang. Cũng tương tự như trục Z, chiều cũng là chiều làm tăng khoảng
cách giữa dao và chi tiết gia công.
+ Trục Y: là trục mà tự nó cùng với hai trục trên làm thành một hệ trục toạ độ.
Ví dụ: trên máy phay là chuyển động chạy dao ngang. Trên máy tiện không có
trục này (cho dạng chi tiết là tròn xoay).
Một lưu ý quan trọng khi xét hệ trục tọa độ của một máy CNC thì phải coi chi
tiết đứng yên, còn dao chuyển động theo các phương của hệ trục tọa độ.
Trong quá trình làm việc, để gia công được trên máy CNC thì hệ tọa độ của
máy phải được xác định. Nói cách khác vị trí của hệ tọa độ phải được xác định so
với một số điểm cố định nào đó mà người ta gọi là điểm chuẩn.
Trong một máy CNC gồm có các điểm chuẩn sau đây: