tài liệu tổng quan về các bộ phận máy cncn

Mục lục.
Chơng I. Kết cấu máy CNC và nơi cần thiết có thuỷ
lực, bôi trơn và khí nén.
1. Tổng quan về sự phát triển của máy công cụ.
2. Lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số.
3. Kết cấu và những đặc trng cơ bản của máy CNC.
4. Nơi cần thiết có bôi trơn, thuỷ lực và khí nén.
5. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi trơn.
Chơng II. Các thiết bị cần thiết của hệ thống bôi trơn, khí
nén và thuỷ lực.
1. Các bộ phận tạo nên hệ thống thuỷ lực.
2. Các bộ phận tạo nên hệ thống khí nén.
3. Các bộ phận tạo nên hệ thống bôi trơn.
Chơng III. Thiết kế hệ thống bôi trơn cho máy CNC.
I. Thiết kế hệ thống bôi trơn cho máy CNC.
1. Thiết kế sơ đồ bôi trơn.
2. Sơ đồ bố trí đờng ống dẫn dầu trong máy.
II. Chỉ tiêu tính toán cho chế độ bôi trơn trơn.
1. Định luật cơ bản về ma sát.
2. Cơ sở lý thuyết về mòn.
3. Phơng trình cơ bản về dòng chảy trong ống.
4. Chỉ tiêu tính toán chế độ bôi trơn.
III. Tính toán chế độ bôi trơn trong máy.
1. Tính toán chế độ bôi trơn cụm đờng hớng.
2. Tính toán chế độ bôi trơn trục chính.
Chơng IV. Tính toán hệ thống thuỷ lực.
1. Chất lỏng trong hệ thống thuỷ lực.
1
2. Truyền động thuỷ lực thể tích.
3. Các thông số cơ bản của máy thuỷ lực.
Chơng V. Thiết kế hệ thống khí nén.

I. Không khí_chất lỏng công tác.
II. Thiết kế sơ đồ cung cấp khí nén.
1. Sơ đồ cung cấp khí nén.
2. Sơ đồ bố trí dây trong máy.
III. Tính toán các thông số của khí nén trong máy.
1. Tính toán các thông số cho việc thay dao tự động.
2. Tính toán các thông số cho ụ chứa dao.
Chơng VI. Thiết kế hệ thống làm mát.
1. Thiết kế hệ thống đờng ống.
2. Tính toán lu lợng bơm.
2
Chơng I. Kết cấu máy CNC và nơi cần thiết có thủy
lực, bôi trơn và khí nén.
1. Tổng quan về sự phát triển của máy công cụ.
Máy công cụ cắt gọt kim loại là trang thiết bị chủ yếu trong các nhà máy,
phân xởng cơ khí để chế tạo ra các chi tiết của máy móc, khí cụ, các dụng cụ,
các sản phẩm dùng trong sản xuất và các sản phẩm dùng trong đời sống. Máy
công cụ có lịch sử phát triển lâu dài gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật. Trình độ cơ khí hóa, tự động hoá của máy công cụ ngày càng cao. Ngày
nay số lợng, chủng loại và mức độ hiện đại hóa của máy ngày càng tăng do đợc
ứng dụng những thành tựu mới nhất và tiên tiến nhất của tin học vì vậy năng
suất lao động ngày càng tăng góp phần đáng kể vào sự phát triển của nền kinh tế
của đất nớc, đáp ứng nhu cầu của xã hội. Có thể tóm tắt quá trình phát triển của
máy công cụ trên thế giới theo sơ đồ sau:

2. Lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số.
ý tởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp liên tục
mà chúng ta đợc ứng dụng trong các máy CNC ngày nay, thực ra đã đợc phát
kiến từ thế kỷ thứ 14. Bắt đầu từ những cụm chuông đợc điều khiển bằng các
trục đục lỗ.

1808. joseph.M.Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ điều khiển tự động
các máy dệt. Những vật mang tin thay đổi đợc đã ra đời.
3
Cơ khí
thủ công
Cơ khí
hóa
Làm việc
bằng tay
Làm việc
bằng máy
Máy tự động cứng dùng cam.
Dây chuyền tự động cứng.
1950 máy công cụ điều khiển theo ch-
ơng trình số ( NC-M).
1970 máy công cụ tự động điều khiển
theo chơng trình số có sự trợ giúp của
máy tính.
Trung tâm gia công CNC.
Dây chuyền sản xuất linh hoạt và tích
hợp ( FMS & CIM )
( Dùng cho dạng sản xuất loạt nhỏ ).
1863. M.Fourneaux đăng ký bằng phát minh đàn dơng cầm tự động nổi
tiếng thế giới với tên gọi Pianola, trong đó dùng một băng giấy có chiều rộng
khoảng 30cm đục các lỗ theo vị trí tơng thích để điều khiển luồng khí nén tác
động vào các phím bấm cơ khí. Băng giấy đục lỗ làm vật mang tin đã đợc phát
kiến.
1938. Claud.E.Shannon trong khi làm luận án tiến sỹ tại M.I.T
(Massachusees Intitute of Technology) đã đi tới kết luận việc tính toán và
truyền tải nhanh dữ liệu có thể duy nhất thực hiện đợc nhờ dạng mã nhị phân.

Cơ sở khoa học cho các máy tính hiện nay kể cả các hệ điều khiển số đã đợc
hoàn thiện.
1946. Dr.Jonh.W.Mauchly và Dr.J.Presper Eckert đa ra các máy tính số
đầu tiên ENIAC cho quân đội Mỹ. Cơ sở của sử lý số bằng điện tử đã đạt đ-
ợc.
1949/52. John Parsons và M.I.T đã thiết kế theo hợp đồng của không lực
Hoa Kỳ một hệ thống điều khiển máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí
của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính làm bằng chứng cho
chức năng gia công một chi tiết. Parsons đã đa ra 4 tiêu đề cho ý tởng này nh
sau:
1. Những vị trí đợc tính ra trên biên dạng đợc ghi nhớ vào các băng
đục lỗ.
2. Các băng đục lỗ đợc đọc ở trên máy một cách tự động.
3. Những vị trí đã đọc ra đợc liên tục chuyển đi và bổ sung thêm tính
toán cho các giá trị trung gian nội tại.
4. Các động cơ Servo (động cơ điều khiển vô cấp tốc độ) có thể điều
khiển đợc chuyển động của các trục.
Với một máy nh vậy cần phải chế tạo đợc các phần tử tích phân ngày
càng phức tạp hơn cho công nghiệp chế tạo máy bay. Những chi tiết đó vào thời
4
điểm này đã đợc miêu tả chính xác với một số ít các dữ liệu toán học, nhng việc
chế tạo ra chúng bằng tay là rất khó khăn.
1952. Tại M.I.T đã cung cấp chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên mang
tên Cincinnati Hydrotel có trục thẳng đứng tủ điều khiển lắp các bóng đèn
điện tử có thể dịch chuyển đồng thời trên 3 trục toạ độ (nội suy tuyến tính 3
kích thớc = 3D Linearinterpolation), tiếp nhận dữ liệu qua băng đục lỗ mã nhị
phân.
1954. Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo thiết bị
điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, thiết bị này vẫn dùng các bóng đèn điện tử.
1957. Không lực Hoa Kỳ trang bị những máy phay điều khiển số đầu tiên

trong phân xởng của họ.
1958. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình biểu trng đầu tiên - APT - gắn liền với
máy tính IBM.
1960. Các nhà chế tạo Đức trình bày những máy điều khiển NC đầu tiên
tại hội chợ Hannover.
1968. kỹ thuật mạch tích hợp IC (Integrated Circuits) làm cho các phần tử
điều khiển trở nên nhỏ gọn hơn và tin cậy hơn.
1972. Các tủ điều khiển NC đầu tiên có cài đặt các cụm vi tính chế tạo
hàng loạt, đa ra một thế hệ mới các thiết bị NC cài đặt các cụm vi tính có công
năng mạnh mẽ hơn (CNC) thế hệ này mau chóng đợc thay thế bởi các cụm điều
khiển CNC cài đặt các Microprocessor (àP).
1980. Trong khi phát kiến các công cụ trợ giúp lập trình tích hợp CNC đã
xuất hiện một cuộc chiến lòng tin ủng hộ hay chống đối giải pháp cấp lệnh
bằng tay.
1984. Hệ điều khiển CNC có công năng mạnh mẽ đợc trang bị những
công cụ trợ giúp lập trình graphic tiến thêm một bớc mới là lập trình tại phân
xởng.
5
1986/87. Các giao diện tiêu chuẩn hoá (Inteface) mở ra con đờng tiến tới
các xí nghiệp tự động trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên thông CIM
(Computer Integrated Manufacturing).
1990. Các giao diện số giữa điều khiển NC và hệ truyền động cải thiện độ
chính xác và đặc tính điều chỉnh của các trục điều khiển NC và trục chính.
Từ những năm 90 trở lại đây cùng với sự phát triển với tốc độ rất cao của
công nghệ máy tính nên các máy công cụ điều khiển số đợc trang bị những thiết
bị có khả năng lập trình và tính toán nhanh do đó độ chính xác gia công đợc
nâng cao và có khả năng thực hiện việc gia công các bề mặt phức tạp.
3. Kết cấu và những đăc trng cơ bản của máy CNC.
3.1. Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC .
Máy công cụ CNC là sự phát triển cao từ các máy NC. Các máy CNC có

một máy tính để thiết lập chơng trình điều khiển các chức năng dịch chuyển của
máy. Phần lớn máy CNC làm việc theo hộ thống kín bao gồm 4 bộ phận sau:
*Bộ phận chơng trình: Bộ phận này bao gồm có bản chơng trình, cơ
cấu di chuyển chơng trình, cơ cấu đọc chơng trình. Các máy CNC hiện đại đợc
trang bị những thiết bị có tính công nghệ cao phục vụ cho việc lập trình và điều
khiển máy. Các máy tính có tốc độ xử lý cao dung lợng bộ nhớ lớn do đó có thể
lu trong bộ nhớ nhiều chơng trình gia công đồng thời. Căn cứ vào bản vẽ chế tạo
của chi tiết mà ta lập đợc các chơng trình gia công cụ thể cho máy thông qua
các câu lệnh. Từ các câu lệnh đã đợc lập bộ phận nội suy của máy sẽ thiết lập đ-
ợc đờng dịch chuyển của dụng cụ cắt. Có nhiều cách để lập chơng trình cho
máy CNC:
Lập trình bên ngoài máy (offline): các chơng trình đợc lập sẵn bên
ngoài sau đó đợc lu trữ vào các vật mang tin nh đĩa từ, đĩa compact rồi đa vào
trong bộ nhớ của máy CNC thông qua các thiết bị đọc hoặc truyền trực tiếp từ
máy tính (Đối với những máy CNC có kết nối với máy tính). Cách lập trình này
thờng đợc áp dụng cho những chi tiết phức tạp.
6
Lập trình trực tiếp trên máy(online): các chơng trình đợc lập trực tiếp
tại phân xởng gia công thông qua bàn phím của máy. Thờng áp dụng cho những
chi tiết gia công đơn giản.
*Bộ phận điều khiển: Từ chơng trình gia công đợc đa vào máy bộ nội
suy của máy sẽ tính toán ra các đờng đi cụ thể của dụng cụ. Bộ phận điều khiển
sẽ phát ra các lệnh điều khiển các thông số của quá trình gia công cũng nh các
quá trình phụ trợ (điều khiển tốc độ quay của từng động cơ servo ứng với từng
trục X,Y,Z, đóng hoặc mở dung dịch trơn lạnh, thay đổi dụng cụ cắt). Trong các
máy gia công điều khiển theo chơng trình số, quãng đờng chạy của các dụng cụ
hoặc của chi tiết đã đợc cho trớc một cách chính xác thông qua các chỉ dẫn điều
khiển trong chơng trình NC. Tùy theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu
và điểm cuối của quãng đờng chạy này mà ngời ta chia thành 3 dạng điều khiển:
- Điều khiển theo điểm,

- Điều khiển theo đờng,
- Điều khiển theo đờng viền (Contour).
Trong các dạng điều khiển ở trên thì dạng điều khiển theo điểm là đơn
giản nhất đợc ứng dụng khi gia công theo các toạ độ xác định đơn giản, quá
trình gia công chỉ đợc thực hiện ở điểm đích. Dạng điều khiển theo đờng phức
tạp hơn dạng điều khiển dạng điểm cho phép tạo ra các đờng chạy song song với
các trục toạ độ, trong khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công .
Trong điều kiện điều khiển mở rộng 2 trục của máy chuyển động với tốc độ nh
nhau đồng thời ta có thể gia công bề mặt côn 45
O
. Phạm vi ứng dụng của điều
khiển đờng bị thu hẹp trên các máy phay và máy tiện. Dạng điều khiển theo đ-
ờng viền là dạng điều khiển phức tạp nhất nó cho phép tạo ra những bề mặt phức
tạp. Bằng điều khiển đờng viền ta có thể tạo ra các đờng viền hoặc đờng thẳng
tùy ý trong một mặt phẳng hoặc trong không gian. Điều này đạt đợc nhờ chuyển
động đồng thời của các bàn trợt theo hai hoặc nhiều trục tọa độ đồng thời và
giữa các trục này có quan hệ hàm số. Tùy theo số lợng các trục đợc điều khiển
7
đồng thời mà điều khiển đờng viền đợc chia thành: điều khiển 2D, điều khiển 2
1/2D, điều khiển 3D và điều khiển có nhiều hơn 3 trục tọa độ đợc điều khiển
đồng thời.
*Bộ phận liên hệ ngợc( bộ phận phản hồi) và bộ phận đo lờng: Để chính
xác vị trí cần có hệ thống đo đảm bảo độ chính xác. Để biết đợc khoảng dịch
chuyển của bàn trợt máy và góc quay của bàn quay, ngời ta sử dụng cảm biến đo
gia số, bộ mã góc và xenxin. Vị trí bàn máy thờng không đo trực tiếp qua hệ
thống đo trên các sống trợt của thân máy mà đo gián tiếp qua việc đo góc tại các
cơ cấu chuyển động. Cảm biến đo dịch chuyển là thớc đo có khắc vạch, các tấm
khắc vạch không tiếp xúc qua ánh sáng hoặc từ tính. Khi đo theo phơng pháp
ánh sáng đi qua ngời ta dùng thớc vạch bằng thủy tinh có các vạch không cho
ánh sáng đi qua và các khe hở cho ánh sáng đi qua. Thiết bị quét gồm một

nguồn sáng mạnh, một tấm quét và một hệ thống đánh giá điện tử. Các tấm quét
giống nh một cái thớc có khắc vạch không cho ánh sáng đi qua và khe hở cho
ánh sáng đi qua. Khi các khe hở của thớc và của các tấm quét đứng đối diện một
cách chính xác, ánh sáng từ nguồn sáng có thể đến đợc các điôt quang điện rất
nhạy cảm với ánh sáng và đợc đánh giá bằng điện tử. Khi thớc và tấm quét đối
diện nhau một chiều rộng vạch không có ánh sáng đi đến các điôt quang điện.
Tín hiệu sáng, tối sẽ đợc thiết bị đếm xung ghi nhận và từ đó tính ra đợc khoảng
dịch chuyển của bàn máy. Tùy theo bớc chia của thớc mà ta sẽ có đợc độ chính
xác đo tơng ứng và xác định đợc chính xác vị trí bàn máy.
3.2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC.
3.2.1. Bộ phận thân máy.
Thân máy phải đảm bảo độ cứng vững, kết cấu gọn nhẹ. Thân máy có
nhiệm vụ đỡ toàn bộ các bộ phận của máy có chuyển động tơng đối với nhau để
tạo ra qúa trình cắt gọt. Vì vậy kết cấu của thân máy phải đảm bảo chống đợc
rung động trong quá trình cắt. Thân máy bao gồm các bộ phận sau:
8
Hình 1. Thân máy
1- Chân đế.
2- Bu lông điều chỉnh nền móng.
3- Đờng hớng (Dẫn hớng trục x ).
4- Hệ thống lắp trục vít me đai ốc bi.
3.2.2 Bộ phận trục X.
Nhiệm vụ : Thực hiện chuyển động dọc theo thân máy. Để thực hiện
chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi dẫn động bằng động cơ bớc hoặc
động cơ Servo. Kết cấu của trục X nh sau:

Hình 2 . Trục X.
1 - Khung ( Phải đẩm bảo cứng vững).
2 - Cụm đờng hớng.
3 - Đờng dẫn hớng trục Y.

4 - Công tắc hành trình.
9
5 - Cơ cấu lắp trục vít me đai ốc bi.
3.2.3. Bộ phận trục Z.
Nhiệm vụ: Có tác dụng đỡ toàn bộ phần cụm trục chính để cụm trục
chính thực hiện chuyển động lên xuống tạo ra chiều sâu cắt. Thực hiện chuyển
động này nhờ trục vít me đai ốc bi, dẫn động nhờ động cơ bớc hoặc động cơ
Servo. Kết cấu trục Z nh sau:
Hình 3. Trục Z
1 - Khung.
2 - Gân tăng cứng.
3 - Công tắc hành trình.
4 - Cụm đờng hớng.
5 - Hệ thống lắp trục vít me đai ốc bi.
3.2.4. Bộ phận trục Y.
Nhiệm vụ: Thực hiện chuyển động vuông góc với trục X. Chuyển động
trên đờng dẫn hớng của trục X. Thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai
10
ốc bi, dẫn động nhờ động cơ bớc hoặc động cơ Servo. Kết cấu trục Y nh sau:
Hình 4. Trục Y.
1 - Mặt bàn ( Bố trí các rãnh chữ T để kẹp phôi ).
2 - Cụm đờng hớng.
3 - Cơ cấu lắp trục vít me đai ốc bi.
4 - Công tắc hành trình.
5 - Vỏ bọc che chắn bụi và phoi.
3.2.5. Bộ phận đầu máy.
Nhiệm vụ : Mang cụm trục chính thực hiện chuyển động dọc theo trục Z,
Thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi dẫn động bằng động cơ b-
ớc hoặc động cơ Servo. Kết cấu chính của đầu máy nh sau:
11

Hình 5. Đầu máy.
1 - Khung.
2 - Xy lanh khí nén.
3 - Trục chính.
4 - Động cơ điện.
5 - Puly dẫn động.
6 - Đai truyền.
3.2.6. Bộ phận xy lanh khí nén.
Nhiệm vụ : Thực hiện nhiệm vụ thay dao nhanh. Kết cấu đơn giản của nó
nh sau:
12

Hình 6 . Xy lanh khí nén.
1 - Hệ thống ống dẫn khí nén.
2 - Xy lanh tháo dụng cụ.
3 - Bu lông đai ốc.
4 - Bộ phận cố định xy lanh.
3.2.7. Bộ phận vít me đai ốc bi.
Nhiệm vụ : Dùng để dẫn động các trục chuyển động theo đờng dẫn hớng.
Trục vít me đợc dẫn động nhờ các động cơ bớc hoặc động cơ Servo. Vít me đai
ốc bi là một loại vít me đặc biệt có thể khử khe hở triệt để. Vì vậy khi đổi chiều
chuyển động không tồn tại khe hở đảm bảo đợc độ chính xác gia công. Kết cấu
của bộ phận vít me đai ốc bi nh sau:
13

Hình 7 . Vít me đai ốc bi dẫn động trục X và Y.
1 - Vòng bi.
2 - Vòng đỡ.
3 - Đai ốc bi.
4 - Trục vít me.

5 - Mặt bích.
6 - Cơ cấu giữ ổ bi.
7 - Bộ phận khớp nối.
8 - Động cơ Servo.
Bộ phận trục vít me đai ốc bi để dẫn động trục Z có kết cấu tơng tự nh
trục vít me đia ốc bi dùng để dẫn động trục X và trục Y. Chỉ khác nhau ở bộ
phận truyền chuyển động từ động cơ sang trục vít. Kết cấu của nó nh sau:
Hình 8. vít me đai ốc bi dẫn động trục Z.
14
7 - Cơ cấu nối trục
3.2.8. Bộ phận làm sạch phoi.
Nhiệm vụ: Bộ phận này có tác dụng làm sạch phoi sau mỗi quá trình gia
công. Công việc này đợc thực hiện nhờ hai trục vít có đờng kính lớn, đợc điều
khiển bằng động cơ quay với tốc độ chậm. Trong quá trình đẩy phoi có sự tham
gia của dung dịch trơn lạnh. Kết cấu của bộ phận này nh sau:

Hình 9. Bộ phận làm sạch phoi.
1 - Trục xoắn.
2 - Trục truyền chuyển động.
3 - Then.
4 - ổ bi.
5 - Cơ cấu lót ổ.
15
6 - Bé truyÒn xÝch.
7 - §éng c¬.
16
3.2.9. Bộ phận bể chứa dung dịch trơn lạnh.
Nhiệm vụ : Bộ phận này có tác dụng chứa dung dịch trơn nguội để tới vào
vùng cắt. Kết cấu của bộ phận này nh sau:

Hình 10. Bể chứa dung dịch trơn lạnh.
1 - Van.
2 - Bơm áp suất.
3 - Giá đỡ bơm.
4 - Lới lọc.
5 - Bộ phận hứng dung dịch từ máy xuống.
6 - Bộ phận bể chứa.
3.3. Các đặc trng cơ bản của máy CNC.
Điều khiển số (NC) trong 30 năm qua đã tác động mạnh đến ngành chế
tạo máy, đã tạo ra những máy mới và công cụ tự động hoá cơ khí mới. Ngày nay
máy điều khiển số (NC machine) là thành phần cơ bản của thiết bị gia công linh
hoạt. Để có thể đáp ứng các yêu cầu cao, từng kiểu máy phải có khả năng đảm
nhận những chức năng điều khiển nhất định.
Trong thời kỳ đầu cha có máy điều khiển số phù hợp. Ngời ta cha nhận
biết đợc những yêu cầu phụ phát sinh khi lắp đặt hệ điều khiển số (NC) vào máy
thờng và phải thay đổi gì về kết cấu máy. Do vậy, ngời ta bắt đầu từ các máy
17
phay, máy tiện, những máy này đã đợc chế tạo phù hợp phơng thức điều khiển
theo chơng trình hoặc đợc trang bị các cơ cấu chép hình và trên cơ sở đó đã
trang bị cho chúng các hệ thống đo và hệ khởi động dùng cho chế độ điều khiển
số (NC). Nhờ đó chỉ một năm sau thế hệ máy mới ra đời, đó là máy điều khiển
số (Numerical Control Machine).
Những nét đặc trng cơ bản của máy công cụ điều khiển theo chơng trình
số (NC và CNC) là:
- Tự động hoá cao.
- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay cao ( > 10
3
vòng/phút ).
- Chính xác cao (sai lệch kích thớc gia công đạt tới àm ).
- Năng suất gia công đạt cao (gấp 3 lần máy thờng).

- Tính linh hoạt cao (thích nghi nhanh với đối tợng gia công thay đổi,
thích hợp với xu thế sản xuất loạt nhỏ hiện nay).
- Tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong
một lần gá đặt).
- Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết khác với các máy thờng là
phải lập trình chơng trình NC 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 lớn nhng đắt tiền.
Mỗi máy công cụ có đặc điểm là nó đợc chế tạo từ một tổ hợp nhiều trục
thẳng và quay (Liner and Rotate axises). Để có thể điều khiển các trục này
bằng số phải có hai tiền đề cho mỗi trục:
* Mỗi trục NC cần có một hệ thống đo về dịch chuyển điện tử.
* Mỗi trục NC cần có một bộ phát động điều chỉnh và điều khiển đợc.
Hệ thống đo dịch chuyển và bộ phát động đợc nối ăn khớp trực tiếp với hệ
điều khiển số.
18
Bộ đọc băng đục lỗ, đĩa từ
Bộ nhớ chơng trình
Nạp bằng tay
X 2 4 6
8 0
Giá trị yêu cầu
Giá trị thực
Động cơ
Hệ đo
Bàn máy
Hình 11.
Nhiệm vụ của hệ 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 thông báo và khi có sai lệch giữa
hai giá trị này, sẽ phát ra một tín hiệu điều chỉnh truyền đạt tới các bộ phát 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 tròn điều
khiển khép kín (Control Cycle) có thể nh trong hình vẽ trên:
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 NC nếu những
dụng cụ đợc phát động để khoan và phay.
Phần lớn các trung tâm gia công đợc trang bị các bàn tròn quay điều
khiển NC. Bàn tròn quay theo nhịp, ví dụ: nhịp quay 4x90
o
hoặc 12x30
o
, không
tính vào các trục điều khiển NC.
19
Cấu trúc điện tử của các hệ điều khiển CNC ngày nay đợc thiết lập trên cơ
sở sử dụng các bộ vi xử lý (Microprocessors) 16 và 32 bit và các mạch tích hợp
IC (Integrated Circuit). Số lợng các bộ vi xử lý thờng đợc dùng là 2 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 máy 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.
CNC là hệ điều khiển số mà mọi chức năng điều khiển đợc thực hiện
bằng một hoặc nhiều máy vi tính tích hợp và với một phần mềm phù hợp.

Những đặc điểm của CNC so với NC là:
- Có một hoặc nhiều màn hình một hoặc nhiều màu sắc.
- Phần lớn với đồ hoạ nhiều màu để lập trình và thử nghiệm chơng trình.
- Có khả năng hiệu chỉnh các chơng trình lu trữ.
- Có lợng hiệu chỉnh dụng cụ (lợng bù dao) về chiều dài, đờng kính,
tuổi bền,v v. có thể đợc lu trữ.
- Có nhiều nhất 5 ữ 10 phím mềm với các chức năng thay đổi.
- Có thể cắm một hệ phím bấm ASCII tích hợp hoặc tuỳ chọn.
- Không có công tắc thập phân và thờng không có công tắc (núm) xoay.
- Thể tích nhỏ hơn và phát sinh nhiệt ít hơn.
- Có phạm vi chức năng rộng hơn.
- Có phạm vi tuỳ 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, đo kiểm có khả năng lu trữ.
20
- Có nhiều chức năng mới thờng xuyên đợc bổ sung.
Các hệ CNC đợc chế tạo theo môđun có khả năng đáp ứng nhiều chức
năng. Khách hàng phải kiểm tra xem mình 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 của xí nghiệp.
- Các chơng trình gia công chi tiết có thể nạp lại tự động.
- Các chu trình cố định và thay đổi.
- Những chỉ dẫn tích hợp cho ngời vận hành.
- Phần mềm chẩn đoán và những trợ giúp tìm lỗi.
- Những dữ liệu về nhà máy và xí nghiệp, chỉ dẫn và hiển thị sai số với
văn bản rõ ràng.

- Quản lý dụng cụ và quản lý bệ (phiến gá).
- Các dịch chuyển điểm không, bù dao, các dữ liệu dụng cụ
- Các thông số máy,v v
Các giao diện dữ liệu có một ý nghĩa rất lớn để nối các thiết bị ngoại vi
cần thiết.
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 CNC là những máy gia công tự động và lập trình tự do, đặc biệt phù
hợp để tự động hoá gia công sản phẩm hàng loạt nhỏ và vừa. Ưu điểm cơ bản
của máy CNC 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.
21
Ưu điểm của gia công CNC.
Đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa, máy CNC trong nhiều trờng hợp là
công cụ gia công có những nét u việt hơn so với các máy thờng ở những điểm
sau:
- Gia công đợc những chi tiết phức tạp hơn.
- Quy hoạch thời hạn 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.
- Độ chính xác gia công ổn định đều.
- Chi phí kiểm tra giảm.
- Chi phí do phế phẩm giảm.
- Hoạt động liên tục nhiều ca 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 tích hợp trong hệ thông gia công linh hoạt.
Những nét u việt trên của máy CNC là không phụ thuộc vào kiểu máy.
Những máy CNC có khả năng lập trình tại phân xởng sản xuất, theo nhận xét
của các nhà sản xuất có kinh nghiệm, cũng có tính linh hoạt cao hơn và đồng
thời còn tiết kiệm thời gian. Điều quan trọng là ngời ở xởng chấp nhận máy
CNC, vận hành đợc máy, đợc đào tạo tốt và có khả năng khắc phục đợc các sự
cố nhỏ.
Độ chính xác của gia công CNC.
Trong nhiều trờng hợp, độ chính xác tuyệt đối và độ chính xác lặp lại cao
có thể đạt đợc cũng rất quan trọng để triển khai sử dụng máy CNC. Độ chính
xác này làm giảm nhiều hao phí cần thiết cho việc kiểm tra. Những sai lệch đ-
ợc xác định có thể đợc hiệu chỉnh đơn giản.
22
Độ chính xác của một máy CNC đợc đánh giá theo nhiều luận điểm khác
nhau, do vậy trong thực tế có các quy định quốc gia để vận dụng, ví dụ, quy
định VDI/DGQ của Đức. Tiền đề ở đây là độ chính xác hình học, tức là từng
trục NC phải có vị trí chính xác so với nhau. Thân máy CNC 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 CNC cũng đợc đánh giá thêm theo
dung sai 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 CNC 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 cũng dẫn đến sai số kích thớc (ở
quy định VDI 3247 đã mô tả và giải thích rõ ràng). Tại những máy CNC có tốc
độ cao, với trị số gia tốc là 10m/s và cao hơn nữa sẽ xuất hiện biến dạng động
học.
Cuối cùng, hệ thống đo đợc sử dụng và lắp đặt, các bộ phát động và sai số
thiết kế của máy (nhiệt độ, rung động, dấn hớng ) cũng có vai trò quan trọng
đối với độ chính xác có thể đạt đợc.

Để đạt đợc độ chính xác cao theo yêu cầu, máy phải có độ cứng vững cao,
phải giảm chấn động. Vì vậy phải có ổ đỡ và trục vít_me không có khe hở, các
động cơ, các bộ truyền và các trục vít_me cân bằng tuyệt đối, các sống trợt cứng
vững cao và hầu nh không có ma sát để tránh hiện tợng quay trợt khi máy hoạt
động. Ngày nay, kết cấu thông dụng là trục vít_me có ren hình thang đã đợc
thay thế dần bằng kết cấu trục vít_me có chuỗi viên bi cầu chạy tuần hoàn trên
trục có ren (vít_me đai ốc bi) có ma sát nhỏ và có thể coi là không có khe hở.
Kết cấu vít_me đai ốc bi có hiếu suất đạt tới 98%, nhờ có ít nhiệt, có độ chính
xác cao về bớc ren và có khả năng truyền lực dịch chuyển lớn hơn so với các kết
cấu thông thờng cùng kích thớc.
23
Muốn đạt độ cứng vững chịu xoắn theo yêu cầu, khi trục vít_me càng dài
thì đờng kính của nó càng phải lớn (tới 150mm) và mô_men quán tính về khối l-
ợng cũng lớn. Vì vậy, trong trờng hợp này thờng không truyền động tới trục
vít_me, mà là truyền động vào đai ốc có quán tính ít hơn, còn trục vít_me bị
ngàm chặt.
Độ an toàn của gia công CNC.
Một hệ thống 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 do hệ CNC và PLC đảm nhận. Nh vậy ngời ta tìm
cách:
- Phát hiện kịp thời các lỗi nguy hiểm của ngời vận hành và tránh tác
động của chúng.
- Phát hiện sớm lỗi chơng trình gia công NC 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 các 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 và 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 đó đạt đợc bằng nhiều biện pháp, ví dụ, tạo ra khả năng nhạy cảm cao
của hệ điều khiển đối với trờng hợp đứt mạch trong thời gian ngắn (chẳng hạn
khi có giông bão), đối với thay đổi nhiệt độ và đối với các tia gây nhiễu.
Tất nhiên là không thể phát hiện hết tất cả mọi sự cố trớc khi chúng sảy
ra, nhng cũng sẽ là đủ nếu ít nhất là khả năng sảy ra sai số quan trọng nhất và
nguy hiểm nhất đợc giám sát.
4. Nơi cần thiết có bôi trơn, thủy lực, khí nén.
a. Nơi cần thiết có bôi trơn.
24
Mục đích của việc bôi trơn là giảm ma sát, tránh mòn cho máy. Đối với
máy công cụ CNC thì việc bôi trơn có một ý nghĩa quan trọng, đảm bảo tốt việc
bôi trơn sẽ tăng đợc tuổi thọ của máy, giữ đợc độ chính xác gia công cần thiết.
Do vậy những cơ cấu có chuyển động tơng đối cần đợc bôi trơn. Những nơi cần
thiết có bôi trơn là:
- Các vít_me đai ốc bi ( 3 vít_me đai ốc bi ),
- Các ổ đỡ và ổ chặn của 3 trục vít me ( 3 x 2 ổ ),
- Dẫn hớng 3 trục X,Y,Z ( 3 x 4 vị trí ),
- Trục chính và các ổ của trục chính máy,
- Cơ cấu thay dao (ổ của cơ cấu thay dao và thanh trợt).
b. Nơi cần thiết có khí nén.
Trong máy CNC khí nén đợc dùng trong cơ cấu thay dao tự động, cơ cấu
kẹp chặt phôi, dùng để tạo ra hỗn hợp khí + dầu để bôi trơn trục chính. Ngoài ra
khí nén còn đợc dùng vào việc dọn phoi, làm mát vùng cắt.
c. Nơi cần thiết có thuỷ lực.
Để điều khiển bàn quay trên các máy CNC 5 trục ngời ta dùng các động
cơ Servo thuỷ lực. Thuỷ lực trong máy CNC dùng để kẹp chặt phôi, làm nguội
vùng cắt ( hệ thống làm mát ).
25