Nghiên cứu khảo sát thiết bị CNC DMU 60T của hãng DECKEL MAHO chế tạo năm 1998.DOC

lời nói đầu
Máy công cụ điều khiển theo chơng trình số và rôbốt công nghiệp cũng nh các
hệ thống linh hoạt hoá đều thuộc về các thế hệ thiết bị, máy móc của công nghệ
cao cấp (High-Tech).
Sự tiến bộ vợt bậc của Điện tử và Tin học, sự phát triển đầy hứa hẹn của
ngành Vật liệu mới đã khiến cho công nghệ cao cấp trở thành cuộc cách mạng
kỹ thuật mang tính thời đại. Tiến bộ mạnh mẽ của kĩ thuật vi điện tử đã tạo điều
kiện nâng cao một cách đáng kể công năng của các hệ điều khiển số, đồng thời
với việc giảm giá thành của các bộ điều khiển này. Những cụm vi xử lý với t
cách là bộ phận chính yếu của thiết bị, cùng những cụm ngoại vi tơng thích và
bản thân các máy vi tính, đều là những phần cứng (Hardware) không thể thiếu
trong mỗi hệ điều khiển số CNC (Computerized Numerical Control).
Do những điều kiện thuận lợi trên cùng với những khả năng đặc biệt của các
máy công cụ điều khiển số nên ngày nay đa số các máy công cụ hiện đại đợc
điều khiển theo chơng trình số. Đây là điều kiện kỹ thuật cơ bản để thực hiện
những dự án tự động hoá linh hoạt (Flexible Automatization) trên từng máy
công cụ điều kiển số riêng lẻ, hay ở các trung tâm gia công điều khiển số (CNC
Engineering Centre), cũng nh việc ghép nối chúng thành một hệ thống linh
hoạt (Flexible Automatical Machine System), điều khiển liên thông bằng các
máy tính ghép mạng (CIM).
Trong hệ CNC, máy công cụ và hệ điều khiển số hợp thành một thiết bị gia
công có khả năng điều khiển bằng lập trình trực tiếp. Nh vậy thay cho điều
khiển các rơle tơng ứng, thông qua các mạch logic ghép cứng, ngời ta dùng hệ
điều khiển vi điện tử, có thể lập trình tự do, máy công cụ thực hiện các nhiệm vụ
chuyên môn thông qua các chơng trình điều khiển đợc thiết lập trớc. Việc lập
trình trực tiếp trên máy nhờ đối thoại giữa ngời và hệ điều khiển số làm cho
máy công cụ CNC trở nên hữu dụng và kinh tế ngay cả cho các xí nghiệp có
quy mô nhỏ và trung bình. Mặt khác, do tất cả thông tin cần thiết để máy công
cụ CNC thực hiện từ một công đoạn công nghệ riêng lẻ nào đó, đến một quy
trình công nghệ tổng thể, đều đợc đa vào hệ điều khiển dới dạng mã số, mà các
thiết bị gia công CNC cho phép đặt chúng vào quá trình vận hành của cả xí

nghiệp thông qua hệ thống quản lý dữ liệu tổng hợp. Đó là một lợi thế mạnh mẽ
để nâng cao trình độ quản lý của các xí nghiệp công nghiệp hiện đại, nhờ ứng
dụng của các mạng liên thông cục bộ LAN (Local Area Network).
Để bắt kịp với nhịp phát triển của các nớc trong khu vực và trên thế giới, đẩy
nhanh công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc, trong những năm
gần đây nớc ta nhập rất nhiều các máy CNC trong đó bao gồm cả các trung
tâm gia công lớn của các nớc Tây Âu và Nhật Bản. Các thiết bị này đợc nhập vào
nhằm đáp ứng một số nhu cầu sản xuất chi tiết chính xácvà các thiết bị công
nghiệp mà các thiết bị hiện có của ngành cơ khí trong nớc không đáp ứng đợc.
Do một số điều kiện hạn chế nhất định nên phần lớn các máy công cụ này
không đợc nhập đầy đủ các tài liệu thiết kế cũng nh các văn bản kiểm tra kèm
theo, đặc biệt nhà chế tạo không cung cấp tài liệu đặc trng động lực học của
các thiết bị nêu trên, cần phải có các công trình khoa học nghiên cứu nhằm kết
luận một cách chính xác và đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đồng thời có thể
đa ra đợc phơng hớng nghiên cứu thiết kế chế tạo thử máy công cụ CNC ở trình
độ công nghệ cao ở Việt Nam.
1
Bản đồ án tốt nghiệp này nghiên cứu khảo sát một thiết bị CNC cụ thể đợc
nhập vào Việt Nam đó là trung tâm gia công CNC (TTGC CNC) DMU 60T của
hãng DECKEL MAHO chế tạo năm 1998. Đây là một trong những loại trung
tâm gia công vào loại hiện đại nhất nớc ta hiện nay. Trung tâm gia công đợc chế
tạo theo các công nghệ cao nhất và thoả mãn đợc tất cả các tiêu chuẩn về chất
lợng, các đặc tính kỹ thuật cũng nh các tiêu chuẩn về an toàn quốc tế.
Bản thuyết minh này gồm 4 chơng:
Ch ơng I: Nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật điều khiển theo chơng trình số và
ứng dụng trong các TTGC điều khiển số
Nội dung: Chơng này bao gồm những nghiên cứu, nhắc lại một số về kỹ thuật
điều khiển số trang bị cho trung tâm gia công. Giới thiệu các thông số của
TTGC khảo sát DMU 60T
Ch ơng II: Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình điều khiển số cho TTGC dmu

60t
Nội dung: Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình HEIDENHAIN và các hệ điều khiển
TNC 426/430 ứng dụng trên các trung tâm gia công. Bao gồm những khái niệm
cơ bản nhất và phơng pháp lập trình đối với hệ TNC 426 trên trung tâm DMU
60T.
Ch ơng III: Nghiên cứu thiết kế động học kết cấu theo mẫu máy DMU 60T
Nội dung: Thiết kế một số cụm chi tiết cơ bản theo mẫu máy DMU 60T
Ch ơng IV: Những nghiên cứu mở đầu trên lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật mô
phỏng
Nội dung: Bao gồm những khái niệm cơ bản về mô phỏng, các kỹ thuật mô
phỏng nói chung và ứng dụng cụ thể mô phỏng dao động xoắn cụm trục chính
TTGC DMU 60T với các công cụ tin học hiện đại nh Dynamic Designer
Motion và MatLab Simulink.
Do điều kiện hạn chế về kiến thức, tài liệu, vả lại đây là một đề tài hết sức
mới mẻ nhất là về lĩnh vực mô phỏng nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu
sót. Nhóm tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn đồng
nghiệp.
Nhóm tác giả cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến PGS. TS. Tạ Duy Liêm và các
thầy giáo, các bạn đồng nghiệp đã hớng dẫn, chỉ bảo cặn kẽ và tạo điều kiện
thuận lợi giúp đỡ nhóm chúng em hoàn thành nhiệm vụ.
Ngày tháng năm 2001
Nhóm tác giả
2
Chơng I
Nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật điều khiển theo
chơng trình số và ứng dụng trong các TTGC
điều khiển số
1.1. Kỹ thuật tạo hình trên máy công cụ ứng dụng
điều khiển số
1.1.1. Truyền động chạy dao trong máy công cụ diều khiển số

1.1.1.1. Nguyên tắc cấu trúc
Chuyển động chạy dao là chuyển động tạo ra biên dạng của chi tiết, trong đó
nội suy các lệnh ghi bằng mã số chuẩn, thành chuyển động phù hợp với tốc độ
các bàn chạy dao trong máy công cụ.
Cấu trúc có tính nguyên
tắc của một hệ truyền động
chạy dao đợc thể hiện trên
hình 1.1. Hệ truyền động
bao gồm: một động cơ dẫn
động qua một cặp truyền
động nữa đi tới bộ vít me
đai- ốc bi biến chuyển
động quay thành chuyển
động tịnh tiến. Đó là phơng
thức tiêu chuẩn của một hệ
truyền động chạy dao hiện
đại.
3
3
4
5
6
7
2
1
Hình 1.1. Truyền động chạy dao của một bàn máy
trong máy CNC.
1- Cảm nhận số vòng quay; 2- Động cơ chạy dao;
3- Đai răng; 4- Vít me-Đai ốc Bi; 5- Bàn
máy;

6- Truyền động đo; 7- Cảm nhận góc quay.
1.1.1.2. Các nhiệm vụ của truyền động chạy dao
Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh trong
bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn
máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ. Các chuyển động tịnh
tiến là các chuyển động thẳng theo phơng ba trục toạ độ của không gian ba
chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trục
toạ độ này.
Chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tơng đối giữa dao và chi
tiết theo một phơng trình xác định và phải đảm bảo đợc tốc độ cắt.
Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ cắt theo quỹ
đạo và đảm bảo các yếu tố: biên dạng đờng cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và
các yêu cầu chi tiết gia công khác phải đạt đợc, do đó sẽ có các động cơ khác
nhau điều khiển chuyển động cắt.
Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện đợc những
tính chất sau đây:
- Có tính động học rất cao: nếu đại lợng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp
biến đổi đó trong thời gian ngắn nhất.
- Có độ vững chắc số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi, cần
hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất là
không ảnh hởng gì. Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quá
trình tốc độ ổn định.
- Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất nh có thể: từ 1:10000 đến
1:30000.
- Phải giải quyết đợc cả những lợng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất ( 1àm).
1.1.1.3. Mạch điều khiển cho các xích chạy dao
A
U(t) (t)
U(t) (t)
B

Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển vị trí và điểm điều chỉnh vị trí
A - Mạch hở; B Mạch kín có kết hợp nhiều mạch thứ cấp
Truyền động chạy dao trên máy công cụ CNC có thể làm việc theo nguyên tắc
nh điều khiển vị trí kiểu mạch hở (dùng động cơ bớc không phản hồi) hoặc nh
4
Khuếch đại
điều chỉnh
Khuếch đại
điều chỉnh
Động cơ Cơ cấu
chấp hành
Máy đo tốc
độ
Hệ thống đo điểm
vị trí
Điều khiển động
cơ bớc
Động cơ bớc
điều chỉnh vị trí điểu khiển mạch kín (có dùng vòng phản hồi của hai hay nhiều
đại lợng điều khiển).
Nguyên tắc điều khiển này đợc trình bày trên hình 1.2. Trong đó điều khiển vị
trí kiểu mạch hở hoặc đặc trng bởi một quá trình tác dụng tuyến tính, mỗi một
xung tác dụng tạo ra một bớc chạy dao tơng ứng.
Điều khiển vị trí kiểu mạch hở có thể đợc ứng dụng trong các trờng hợp lực
cản trên đờng dịch chuyển ổn định hoặc không đáng kể hay không có tác dụng
cản chuyển động chạy dao. Trong các máy công cụ cắt gọt kim loại thờng
không áp dụng đợc kiểu mạch này vì ở đây tồn tại hàng loạt đại lợng ảnh hởng
tác động đến lực cản trong quá trình chạy dao, do đó các máy công cụ điều
khiển theo chơng trình số hầu nh chỉ ứng dụng chạy dao điều chỉnh vị trí kiểu
mạch kín có phản hồi.

Từ bộ nội suy, mỗi giá trị vị trí cần là đại lợng dẫn đợc cấp vào vòng mạch
điều chỉnh. Mỗi trục điều khiển số của một máy công cụ CNC cần có một mạch
điều chỉnh vị trí. Tin tức phản hồi lại đợc đa vào vòng mạch điều chỉnh để tính
toán các yếu tố ảnh hởng khi gia công chi tiết. Từ hệ thống đo vị trí đa ra kết
quả so sánh là sai lệch điều chỉnh cũng là đại lợng điều chỉnh cho động cơ dẫn
động.
Mạch điều chỉnh cần thoả mãn những điều kiện sau:
- Có độ khuếch tán tốc độ cao để giữ cho khoảng cách sai lệch điều chỉnh là
thấp nhất.
- Bộ truyền có hằng số thời gian nhỏ
- Mô men quán tính khối lợng của các bộ phận chuyển động nhỏ
- Tần số riêng về dao động cơ học cao
- Các chi tiết cơ khí nằm trong dòng truyền lực có độ bền cao
- Các yếu tố truyền động cơ khí có khe hở nhỏ.
Các động cơ dẫn động thẳng nh động cơ điện tuyến tính hoặc xy lanh thuỷ lực
trên thực tế ít đọc ứng dụng cho truyền động chạy dao trên máy CNC.
1.1.2. Các xích động học cơ bản trên máy CNC
Toàn bộ các con đờng truyền động đến từng cơ cấu chấp hành của các máy
CNC đều dùng những nguồn động lực riêng biệt (truyền dẫn độc lập triệt để).
Bởi vậy các xích động học của máy CNC chỉ gồm hai loại cơ bản là:
- Xích động công xuất cắt gọt
- Xích động học của chuyển động chạy dao.
Việc tính toán, thiết kế và chế tạo chúng đợc thực hiện theo nguyên tắc mô
đun hoá.
Nhìn tổng quát, xích công suất cắt gọt thờng bắt đầu từ một động cơ có tốc độ
thay đổi vô cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ chỉ có 2 đến 3
cấp, nhằm khuếch đại các mômen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban
đầu.
5
Xích động học chạy dao bao gồm các phần tử, các cụm kết cấu đảm bảo các

chuyển động của các xe dao trên máy. Về mặt chức năng xích chạy dao phải
thoả mãn những yêu cầu đặt ra là:
- Truyền động cho các bộ phận dịch chuyển với tốc độ đều, chạy êm và ổn
định.
- Thực hiện đợc các thay đổi vận tốc theo chơng trình, xác định cả về trị số và
chiều, không có sự tháo lỏng chi tiết hoặc sai lệch vị trí tơng đối giữa dao và chi
tiết gia công.
- Cung cấp lực cần thiết để thắng những thành phần lực cắt theo chiều chuyển
động.
- Trong trờng hợp cần thiết, một bộ phận nào đó của xích chạy dao cần phải
đảm nhiệm chức năng đo lờng các dịch chuyển của xe dao.
Để thoả mãn hai yêu cầu đầu tiên, xích chạy dao cần có tần số dao động riêng
lớn nhất theo điều kiện có thể, tính ngay từ đầu nguồn động lực của xích.
Với giả định rằng khối lợng bàn máy và chi tiết gia công là một dữ kiện, ta
cố gắng dùng những cơ cấu có quán tính (quay và tịnh tiến) nhỏ nhất có thể,
đồng thời lại có độ cứng vững cao nhất.
Ta có thể thấy ngay rằng mọi lý thuyết tính toán thiết kế động học xích truyền
động trong máy công cụ vạn năng thông thờng đối với máy CNC không còn có
ý nghĩa nữa. Do các nguyên tắc nh truyền dẫn vô cấp, truyền dẫn độc lập và
nhất là nguyên tắc mô đun hoá kết cấu, ngời ta quan tâm nhiều đến các cụm kết
cấu cụ thể, đầu t nghiên cứu theo chiều sâu và ứng dụng nhanh nhất các tiến bộ
kỹ thuật trong khi chế tạo các mô đun. Dới đây là mô tả đôi điều về hai cụm kết
cấu quan trọng nhất của mô đun các xích động.
Cụm cơ khí
Để truyền động từ động cơ chạy dao tới điểm tác dụng của dao cụ ngời ta
dùng các cụm truyền động gọi chung là các khâu truyền động cơ khí. Phơng án
bố trí các khâu truyền động ảnh hởng đến độ chính xác gia công, quan trọng
nhất phải kể đến các yếu tố sau:
- Sự cộng hởng giữa các tần số riêng của các khâu truyền động với tần số biểu
kiến của truyền động. Sự cộng hởng này có thể gây ra dao động tại vị trí cần.

- Khe hở giữa trục vít me và đai ốc
- Tính mềm hoá phụ thuộc vào lực thay đổi do nguyên nhân của những biến
dạng khác nhau.
Kết cấu vít me - Đai ốc bi
Kết cấu này đợc ứng dụng phổ biến trong xích động chạy dao, trong đó hầu
hết là bộ truyền vít me - đai ốc bi có ứng lực. Sơ đồ nguyên tắc trình bày trên
hình 1.3.a. ứng lực tạo ra để khử các khe hở ngợc chiều và tuyến tính hoá đờng
đặc tính tải trọng/dịch động trong vùng tải trọng yếu.
Cơ cấu này có u điểm là ma sát rất nhỏ và ít bị mòn. Nhợc điểm chủ yếu của
chúng là có độ giảm chấn thấp. Nhờ một cặp đai ốc ghép cũng theo chiều trục
có thể khử đợc khe hở giữa trục vít me và bản thân đai ốc mà không làm tăng
ma sát giữa chúng.
6
Các vít me trong bộ truyền này bị hạn chế về chiều dài. ở độ dài 3 hay 4m nó
khó thực hiện đợc các tốc độ dịch động cao.
Truyền động quay cho vít me đợc thực hiện theo một trong số các phơng án
sau đây:
- Thông qua một hộp tốc độ gồm các bộ truyền bánh răng, trong đó phải dùng
các kết cấu khử độ hở ăn khớp và dẫn động bằng động cơ tốc độ cao (động cơ
điện quán tính yếu hoặc động cơ thuỷ lực kiểu quay).
- Dựa vào khoảng cách giữa hai gối tựa, sử dụng một bộ truyền đai (có tỷ số
giảm tốc lớn) đợc dẫn động bởi các động cơ có tốc độ chậm.
- Dùng các khớp nối trực tiếp với trục của động cơ dẫn động (động cơ có tốc
độ chậm).
Đối với các hành trình lớn, ngời ta thay vít me có chiều dài lớn bằng một vít
me ngắn và thay đai ốc bởi một thanh răng xoắn.
Kết cấu thanh răng - Bánh răng
Kết cấu này đợc áp dụng trớc hết cho các máy NC cỡ lớn, có hành trình chạy
dao dài. ở đây không có sự hạn chế về tốc độ nh trờng hợp vít me - đai ốc bi,
nhng các biện pháp khử khe hở ăn khớp bánh răng nhất thiết phải đợc thực hiện.

Thông thờng ngời ta thiết kế hai xích đồng nhất cùng làm việc nhng hớng đối
ngợc nhau trên thanh răng hình 1.3.b. Các tốc độ dịch chuyển chậm của bàn
máy cũng yêu cầu các bánh răng quay với tốc độ rất thấp, ta buộc phải dùng các
hộp giảm tốc để tạo ra vùng số vòng quay nhỏ này.
a - chạy dao bằng vít me - đai ốc bi
b - chạy dao bằng thanh răng bánh răng
C: thanh răng liền bàn máy; V: vít me bi; E: đai ốc;
R: hộp giảm tốc; P1: ổ có hoặc không có cữ chặn;
7
T
P1
E
V
P2
M
R
M
M
R
C
P3
M: động cơ; T: bàn máy; P2: ổ có cữ chặn; P3: bánh răng;
Hình 1.3. Xích động học chạy dao
Cụm phát động lực
Gồm có các động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực. Động cơ thủy lực a đợc dùng
vào giai đoạn phát triển ban đầu của máy NC, ngày nay chúng không còn đợc sử
dụng nhiều nữa mà thay vào đó là đông cơ điện. Các động cơ điện đợc chia ra
nh sau:
Động cơ điện dòng một chiều
Có hai dạng cơ bản đợc sử dụng là:

- Động cơ dẹt: có tốc độ tơng đối cao với quán tính nhỏ và hiệu ứng nhiệt
động nhỏ. Động cơ thờng truyền động qua một hộp giảm tốc trớc khi vào vítme.
Hầu hết các động cơ kiểu này đều có bộ phận cảm ứng là các nam châm vĩnh
cửu.
- Động cơ dài: có tốc độ tơng đối thấp, có thể có quán tính nhỏ tuỳ theo mức
tăng của tỷ lệ chiều dài/đờng kính nhng chúng chịu hiệu ứng nhiệt động lớn.
Động cơ này có thể đợc nối trực tiếp bằng khớp nối trục với vítme. Chúng cũng
có bộ phận cảm ứng là các nam châm vĩnh cửu nhng thờng có mật độ đờng sức
lớn (ở điểm khởi động có thể đạt tới 7 đến 10 lần các mật độ thờng), do đó tạo
ra các mô men quay ổn định.
Động cơ điện dòng xoay chiều
Ta thờng gặp các động cơ không đồng bộ đi kèm một hệ thống biến đổi tần số
để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ. Hệ thống này ngày càng đợc hoàn thiện
không kém gì đặc tính của các động cơ điện dòng một chiêù.
Động cơ bớc
Có hai dạng cơ bản đợc sử dụng là:
- Động cơ bớc chạy điện thuần tuý: chúng hoạt động với một hệ thống các cực
là nam châm vĩnh cửu trong các khoảng tần số tơng đối bé (< 1000 Hz). Công
suất của các động cơ này chỉ đủ dùng cho dịch động bàn máy của các máy nhỏ
với khoảng tốc độ vài m/ph.
- Động cơ bớc có khuếch đại mô men bằng thuỷ lực. Trong trờng hợp này
động cơ bớc vừa nêu trên đóng vai trò dẫn động điều khiển một động cơ thuỷ
lực công suất lớn. Bản thân động cơ bớc chạy điện thuần tuý có công suất thấp
và thiết kế hoạt động trong vùng tần số 16-18KHz. Các hệ thống động cơ bớc có
khuyếch đại mô men bằng thuỷ lực thờng đợc dùng trong các máy NC hạng
nặng nhng vì lý do giá thành cao và những vấn đề có liên quan đến sử dụng hệ
thống thuỷ lực nên ngày một hiếm thấy hơn các trờng hợp áp dụng.
1.1.3. Modul nội suy - so sánh - đo lờng tạo ra sự phối hợp toạ độ vị
trí
8

1.1.3.1. Vòng lặp điều khiển
Sơ đồ điều khiển của máy CNC đợc cho trên hình 1.4. Quá trình xử lý bên
trong của máy diễn ra nh sau: các dữ liệu về vị trí trục từ chơng trình gia công đ-
ợc tiếp nhận thông qua bộ đọc và chuyển đổi thành tín hiệu điện (tín hiệu tơng
tự). Tín hiệu này hình thành giá trị danh nghĩa của vị trí bàn máy. Nó đợc dẫn
đến bộ chuyển đổi và kiểm tra. Giá trị thực về bàn máy đợc thu thập qua hệ
thống đo lờng dịch chuyển và và phản hồi trở lại dẫn tới bộ so sánh.
Nhiệm vụ của bộ so sánh là so sánh thông tin đờng dịch chuyển đa ra từ chơng
trình (giá trị danh nghĩa) với đoạn dịch chuyển đo đợc trên máy (giá trị thực). Sự
so sánh nhằm xác định sai lệch của cặp giá trị danh nghĩa thực và cấp cho hệ
truyền dẫn những tín hiệu cần thiết để điều khiển sao cho chênh lệch giữa giá trị
danh nghĩa và giá trị thực dần dần trở về 0, nhằm đạt vị trí chính xác của bàn
máy.
Sơ đồ chi tiết hơn về mạch điều khiển đợc cho trên hình 1.5. Ta thấy rõ ràng là
mạch điều khiển đợc sắp xếp theo lớp (Cascade Control). Đó là nguyên tắc
hoạt động chung của các máy công cụ điều khiển số. Mạch điều khiển vị trí là
tiền đề cho các mạch điều khiển vận tốc và các mạch điều khiển dòng. Điều
khiển theo lớp có những lợi ích sau đây:
- Có cấu trúc tổng quan về mỗi mạch cụ thể.
- Nhiễu thông tin có thể nhanh chóng đợc bù bởi các bộ điều khiển tiếp sau.
- Mạch điều khiển vòng ngoài tơng ứng bảo vệ mạch bên trong nó bằng cách
hạn chế các giá trị gốc đầu vào.
Mạch điều khiển các trục
X,Y,Z,A, ,F,S
Trung tâm xử lý
Phản hồi
Các lệnh về dụng cụ
(mã nhị phân)

Tín hiệu quản lý dụng cụ

Phản hồi

Điều khiển trục đầu vào
Phản hồi
9
CNC
Vùng dữ liệu chung
PLC
Bộ chuyển
đổi, kiểm tra
an toàn
Máy NC
Hình 1.4. Sơ đồ điều khiển của máy CNC
Hình 1.5. Sơ đồ mạch điều khiển chi tiết
Ta đi xem xét từng modul:
1.1.3.2. Bộ nội suy
Trong các máy công cụ điều khiển số, những đờng tác dụng giữa dao cụ và chi
tiết đợc hình thành nhờ các dịch chuyển toạ độ trên nhiều trục.
Trong chơng trình bộ phận, toạ độ các điểm trên đờng tác dụng, tốc độ gia
công đợc xác định bởi điều kiện công nghệ cũng nh quy luật chuyển động yêu
cầu đều đợc đa ra trớc.
Bộ điều khiển phải xác định từ các dữ liệu này những đại lợng của véctơ tốc
độ cũng nh một trình tự các giá trị toạ độ vị trí trung gian, có mật độ đủ dầy đặc,
dọc theo biên dạng cần. Các điểm phải nằm dầy đặc đến mức sao cho đờng cong
đợc mô tả đủ chính xác và không có vị trí nào vợt ra ngoài vùng dung sai cho
phép. Khác với các hệ điều khiển đơn giản dạng điểm và đờng, các dữ liệu cần
thiết tăng rất lớn. VD: cần tới 20.000 điểm cho một vòng tròn bán kính 100mm
và dung sau 0,01 mm. Việc sản sinh một số lợng lớn các điểm nh vậy chỉ có thể
giải quyết bằng máy tính.

Những giá trị toạ độ vị trí trung gian này hình thành các đại lợng dẫn của
mạch điều chỉnh vị trí trên từng trục chạy dao riêng lẻ.
Giá trị toạ độ vị trí trung gian đợc tìm ra trong một cụm chức năng của điều
khiển số mà ta gọi là bộ nội suy, nó có các nhiệm vụ sau đây:
- Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên dạng cho trớc
trong một giới hạn dung sai xác định trớc.
- Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi. Thông
thờng những yếu tố biên dạng cơ bản có trong các chi tiết kỹ thuật là những
đoạn thẳng và những đờng cong. Tơng ứng với thực tế đó, các bộ nội suy của
điều khiển số thờng chỉ giới hạn trong nội suy tuyến tính và nội suy cung tròn.
10
+
-
+
-
-
+
+
Vị trí
danh nghĩa
Bộ điều khiển vị trí
Tốc độ ăn dao
Vận tốc
danh nghĩa
Bộ điều khiển
vận tốc
Dòng
danh nghĩa
Dòng thực
Vận tốc thực

Vị trí thực
Động cơ chạy dao
Băng tr ợt máy
có bộ mã hóa
tuyến tính
- Tốc độ đa ra toạ độ vị trí trung gian phải phù hợp với tốc độ chạy dao cho tr-
ớc.
- Đi tới một cách chính xác các điểm kết thúc chơng trình đã đa ra trớc trong
chơng trình.
Nội suy chỉ có thể là việc theo nguyên tắc số (digital). Nó có thể đợc thực hiện
hoặc bằng các mạch logic nối cứng (chơng trình hoá các mối liên hệ NC) hoặc
bằng các phần mềm nội suy đợc lập trình (CNC). Bộ nội suy có thể là một hay
nhiều cụm vi xử lý cài đặt trong hệ điều khiển máy (nội suy trong) hoặc có thể
là một máy tính xử lý số liệu bên ngoài hệ điều khiển máy (nội suy ngoài). Các
giá trị đa ra từ bộ nội suy đóng vai trò là giá trị danh nghĩa điều khiển các mạch
điều chỉnh hay điều khiển động cơ bớc làm việc.
Các hệ thống CNC hiện đại thực hiện nội suy ở hai mức:
1. Một phần mềm nội suy xác định toạ độ các điểm trung gian giữa điểm đầu
và điểm cuối của một đoạn biên dạng đã đợc đa ra trớc trong chơng trình (nội
suy thô).
2. Một mức nội suy tinh xác, thực hiện tiếp theo nội suy tuyến tính giữa các
điểm trung gian này.
1.1.3.3. Hệ thống đo đờng dịch chuyển
Đại bộ phận các máy NC làm việc bằng nguyên tắc liên hệ ngợc hay là đờng
tác dụng kín, trong đó đờng dịch chuyển đợc một hệ thống đo thu thập định l-
ợng.
Độ chính xác của máy NC bởi thế phụ thuộc rất lớn vào hệ thống đo. Ngoài
việc thiết lập chi phí cho bộ điều khiển, đặc biệt là bộ so sánh trong modul điều
khiển, cũng do hệ thống đo xác định. Có rất nhiều thiết bị đo đợc thiết kế chế
tạo mà sự khác biệt giữa chúng chủ yếu do giải pháp kỹ thuật linh kiện. Trên cơ

bản chúng đều dựa theo một vài nguyên tắc mà theo đó, ta có thể chia các hệ
thống đo đờng dịch chuyển thành nhóm sau đây:
- Theo hình thức truyền động, từ đó trích lấy các giá trị đo: kiểu đo tịnh tiến
hoặc kiểu quay.
- Theo hình thức định lợng giá trị đo: kiểu số hoặc kiểu tơng tự.
- Theo nguyên tắc đo: kiểu gia số hoặc kiểu tuyệt đối.
1.1.3.4. Bộ so sánh
Nhiệm vụ của bộ so sánh là so sánh thông tin đờng dịch chuyển đa ra từ ch-
ơng trình (giá trị danh nghĩa) với đoạn dịch chuyển đo đợc trên máy (giá trị
thực). Sự so sánh là nhằm xác định sai lệch của cặp giá trị danh nghĩa thực
và cấp cho hệ truyền dẫn những tín hiệu cần thiết để điều khiển sao cho chênh
lệch giữa giá trị cần và giá trị thực dần dần trở về 0. Cấu trúc của một bộ so sánh
đợc xác định trớc hết do nguyên tắc đo đờng dịch chuyển cũng nh dạng tín hiệu
điều khiển cần thiết. Các bộ so sánh nh vậy về cơ bản cũng đợc phân chia nh các
nguyên tắc đo đờng dịch chuyển. Ngoài ra còn có thể phân biệt theo dạng tín
hiệu điều khiển truyền động. Ta có:
- Bộ so sánh chỉ đa ra tín hiệu điều khiển khi giá trị danh nghĩa và giá trị thực
đồng nhất (tín hiệu đồng nhất).
11
- Bộ so sánh đa ra tín hiệu điều khiển liên tục chừng nào giá trị danh nghĩa và
giá trị thực cha đồng nhất (tín hiệu sai khác hay tín hiệu chênh lệch).
Trong quá trình đi tới đồng nhất giữa giá trị danh nghĩa và giá trị thực, các tín
hiệu sai khác nhỏ dần đi liên tục và hoàn toàn triệt tiêu khi gặp giá trị danh
nghĩa thực đọc đồng nhất và truyền động đạt tới trạng thái dừng.
Bộ so sánh thứ nhất chỉ cho phép xây dựng một mạch điều khiển ngắt đo tín
hiệu đồng nhất không có tính liên tục, do vậy chỉ đợc ứng dụng trong điều khiển
điểm hoặc điều khiển đờng.
Trái lại, bộ so sánh thứ hai có tín hiệu chênh lệch liên tục cũng đợc dùng vào
mạch điều khiển và điều chỉnh vị trí, và do đó có thể thiết lập hệ điều khiển phi
tuyến.

1.2. ứng dụng kỹ thuật CNC trên trung tâm gia
công
1.2.1. Đặc điểm của một trung tâm gia công
1.2.1.1. Trung tâm gia công là gì?
Trung tâm gia công (Manufacturing Centre) là một máy công cụ có ít nhất
ba trục điều khiển số, có thể thực hiện công việc cắt gọt cần thiết trên ít nhất 4
mặt của một phôi có hình khối vuông mà không có tác động của con ngời. Thiết
bị thay đổi dụng cụ tự động đa các dụng cụ cần thiết, điều khiển theo chơng
trình, theo thứ tự lần lợt, từ một ổ tích dụng cụ tới trục chính của máy và ngợc
lại (từ trục chính của máy trở về ổ tích dụng cụ). Khi các phôi chi tiết gia công,
đợc kẹp trên đồ gá lắp trên bệ phiến gá chuẩn (pallete), đợc chuyển tới và
chuyển đi tự động thì TTGC tơng ứng và hệ cung ứng phôi, dụng cụ tự động nh
vậy sẽ tạo thành một tế bào gia công (Manufacturing Cell).
1.2.1.2. Phân loại TTGC
Ngời ta phân loại các TTGC theo dạng kết cấu của chúng nh sau:
- Theo vị trí của trục chính máy có: TTGC ngang, TTGC đứng.
- TTGC có bàn toạ độ, nghĩa là chuyển động X/Y của phôi và chuyển động Z
của dụng cụ.
- TTGC có trụ đứng chuyển dịch, ở đây: dụng cụ thực hiện các chuyển động
X,Y và Z; còn phôi, tuỳ theo yêu cầu, nghiêng hoặc quay theo 1 hoặc 2 trục (ở
các trung tâm gia công 5 trục diều khiển số).
- TTGC có dầm ngang cố định hoặc chuyển dịch.
Các dạng kết cấu này có một hoặc nhiều trục để có thể gia công đồng thời
nhiều chi tiết giống nhau, đặc biệt ở dạng sản xuất hàng loạt lớn thờng sử dụng
các TTGC có hai, ba hoặc bốn trục chính, điều đó đòi hỏi phải có những đồ gá
kẹp nhiều phôi.
Nh vậy, có thể tóm tắt nh sau:
ở TTGC, các dụng cụ có trong một máy đều lần lợt tiến tới và tác động đến
phôi gia công. TTGC là một loại máy NC điển hình, chỉ đợc hình thành từ khi
có phơng pháp điều khiển NC; nghĩa là trớc khi có NC không có TTGC.

12
1.2.1.3. Yêu cầu đặt ra đối với TTGC
TTGC điều khiển theo chơng trình số là phơng tiện thực hiện mục tiêu thông
qua gia công toàn bộ các chi tiết tơng tự với nhiều biện pháp công nghệ trong
phạm vi một lần gá kẹp, đạt tới năng suất cao và tính kinh tế u việt. Phạm vi ứng
dụng của TTGC NC rất rộng lớn. Để hoàn thành các nhiệm vụ công nghệ đặt ra,
các TTGC NC phải thoả mãn những đòi hỏi sau đây:
- Thực hiện đợc nhiều biện pháp công nghệ khác nhau.
- Bàn kẹp chi tiết phải có khả năng quay và lật để có thể thực hiện gia công
trên nhiều mặt toạ độ. Khi sử dụng một đầu lắp dụng cụ (đầu dao) có thể
nghiêng theo phơng ngang hoặc đứng, có thể gia công cả trục NC thứ 5.
- Thực hiện việc tự động đổi dao, đổi chi tiết để giảm bớt thời gian phụ hữu
ích.
- Có kết cấu hai trục chính, một để thực hiện quá trình gia công thô và một để
thực hiện quá trình gia công tinh và tinh xác nhằm đảm bảo độ chính xác gia
công cao.
- Có thể thực hiện mọi công việc gia công (phay, khoan, tiện, cán phẳng, cắt
ren), với kết cấu mở rộng phù hợp có thể phay biên dạng, khoan nghiêng hoặc
tiện ren. Tốc độ quay và tốc độ tiến dao phải đợc lập trình cho từng dụng cụ.
- Các dụng cụ đợc đa vào ổ tích dao nối ghép với máy gia công, đợc truy cập
theo chơng trình và thay đổi vào trục chính của máy. Kết cấu và khả năng thu
nhận của ổ tích dụng cụ (Tool Magazine) rất khác nhau. Trong thực tế thờng sử
dụng các ổ tích dụng cụ dạng băng xích, dạng đĩa tròn và dạng hộp cassette
(xem hình 1.6, 1.7).
- Có thêm các tay máy thay đổi phôi, thờng là thiết bị thay đổi bệ/phiến gá
(Pallete Changer), giảm thời gian dừng máy do phải thay đổi phôi gia công.
Việc gá kẹp và tháo dỡ phôi đợc thực hiện trong thời gian cắt vật liệu ở bên
ngoài phạm vi gia công của máy.
- Những TTGC phức tạp hơn còn có thêm các thiết bị khác, nh có thêm bàn
tròn thứ hai quay đợc, có thêm đồ gá nghiêng dùng cho phôi, hoặc có thêm một

đầu lắp dao ngang hoặc đứng có thể điều chỉnh theo góc bất kỳ.
Ngày nay, ngời sử dụng có thể lựa chọn TTGC từ nhiều dạng và cỡ kết cấu
khác nhau. Trớc hết cần lựa chọn giữa hai dạng kết cấu: trục chính thẳng đứng
và trục chính nằm ngang. Trong khi TTGC có các trục chính thẳng đứng thờng
thích hợp hơn với chi tiết gia công có dạng tấm, thì để gia công 4 hoặc 5 mặt
của phôi có dạng khối vuông lại chủ yếu sử dụng các TTGC có trục chính nằm
ngang. ở các máy có trục chính nằm ngang, chuyển động X (dọc) và chuyển
động quay chủ yếu do phôi thực hiện, chuyển động Y và Z do dụng cụ thực
hiện. Từ đó có các ký hiệu trục là X YZB.
ở các TTGC có trục chính thẳng đứng, chủ yếu có các chuyển động XYZA,
tức là chỉ có chuyển động thẳng góc của trục chính theo trục Z là do dụng cụ
thực hiện, còn lại do phôi thực hiện.
Tính vạn năng của một TTGC chỉ đợc tận dụng nhờ điều khiển theo quỹ đạo,
trong nhiều trờng hợp, điều khiển 2 1/2 D đã là đủ. Do độ phức tạp của chi tiết
cơ khí tăng lên, những TTGC hiện nay cần có dạng điều khiển 3D, ít nhất là các
trục có thể nội suy tuyến tính (Linear Interpolate) đồng thời. Khi sử dụng một
13
đầu dao nghiêng phải nội suy đờng thẳng theo 3 trục đối với lỗ nghiêng. Khi
dùng một đầu dao tiện mặt đầu còn có thêm một hoặc hai trục điều khiển NC
khác.
Các bảng giá trị hiệu chỉnh ứng với chiều dài dụng cụ, đờng kính dao phay,
tuổi bền dao và chế độ cắt cho các dụng cụ là một yêu cầu thờng đợc đặt ra cho
phạm vi sử dụng có giới hạn.
ở các máy mới hơn, hệ CNC cũng phải có khả năng lu trữ các thông số về
trọng lợng dụng cụ, ký hiệu dụng cụ, biên dạng dụng cụ và những dữ liệu đặc tr-
ng khác, để có thể quản trị dụng cụ tốt.
1.2.2. Các hệ thống thành phần của một TTGC
1.2.1.1. Hệ thống thay dụng cụ tự động
Nhiều máy NC yêu cầu sử dụng nhiều dụng cụ theo thứ tự gia công. Các đầu
dao revolver từ lâu đã đợc sử dụng theo mục đích này, từ trớc khi có máy NC,

đặc biệt là ở các máy khoan và các máy tiện. Sau một nguyên công, đầu
revolver tự động xoay thêm một vị trí, các vị trí không lắp dụng cụ sẽ đợc nhảy
qua. ở các máy NC có đầu dao revolver, dụng cụ yêu cầu phải đợc lập trình
thông qua vị trí tơng ứng của đầu dao revolver.
Hạn chế ở đây là số lợng dụng cụ có trong một đầu dao revolver dùng cho
khoan có giới hạn 68, vì nếu số dụng cụ nhiều hơn có thể có nguy cơ xảy ra va
đập giữa dụng cụ và phôi. Với những thiết kế cải tiến, đầu dao revolver có thể
lắp tới 18 dụng cụ. Các máy tiện hiện nay còn sử dụng tới ba đầu dao revolver
dạng đĩa tròn.
ở những trung tâm gia công, số lợng các vị trí dụng cụ cần thiết lớn hơn
nhiều, ở các trờng hợp đặc biệt là 100 hoặc nhiều hơn. Vì vậy nhiều dạng kết
cấu ổ tích dao (Tool Magazine) khác nhau đã đợc thiết kế, chế tạo và sử dụng,
ví dụ : ổ tích dài, ổ tích dạng đĩa tròn, ổ tích vòng, ổ tích dạng xích, ổ tích dạng
hộp băng casssete. ở ổ tích dài nhiều dụng cụ đợc cắm hoặc treo thành một hay
nhiều hàng bên cạnh nhau, ổ tích dạng đĩa tròn đợc lắp đặt về hai phía bên cạnh,
phía sau hoặc phía trên trục chính máy, ổ tích vòng (Ring Magazine) có kết cấu
gồm nhiều vòng tích dao (2 3) vòng tích dao bố trí đồng tâm nhau, các vòng
tích dao này có khả năng quay độc lập với nhau, ổ tích dạng xích có kết cấu đơn
hoặc kép, đợc bố trí về hai phía bên cạnh hoặc phía trên máy có thể nới rộng tuỳ
nhu cầu sử dụng, ở ổ tích dao dạng hộp casssete, nhiều hộp cassete thay đổi
nhau tiếp nhận dụng cụ. Trên hình 1.6, 1.7 là một số TTGC có ổ tích dao dạng
đĩa, dạng xích.
Cơ cấu thay đổi đầu khoan tự động là phơng tiện hỗ trợ để thực hiện các chức
năng chuẩn bị các đầu khoan lớn hoặc các đầu khoan nhiều trục chính để sử
dụng và thay đổi tự động khi gia công.
Máy, ổ tích dao và đồ gá thay đổi tạo thành một kết cấu thống nhất. Đối với
khâu thay đổi dụng cụ giữa ổ tích dao và trục chính của máy cần có cơ cấu thay
đổi dụng cụ, gồm một tay đón đơn hoặc kép, cũng có thể thực hiện thay đổi trực
tiếp dụng cụ từ ổ tích dao vào trục chính của máy mà không cần có thêm tay
tóm, giải pháp này có kết cấu đơn giản nhng lại cần nhiều thời gian để thực hiện

hơn.
14
H×nh 1.6. Trung t©m gia c«ng 5 trôc víi æ tÝch dao d¹ng ®Üa
H×nh 1.7. Trung t©m gia c«ng 4 trôc chÝnh víi æ tÝch dao d¹ng xÝch
1.2.1.2. M· hiÖu dông cô vµ nhËn d¹ng dông cô
15
Trên máy CNC, mỗi dụng cụ đợc đặc trng bởi một mã riêng. Mã đó cùng với
các thông số bù dao đợc lu trữ trong một cơ sở dữ liệu đặc biệt. Bình thờng các
dao đợc lắp sẵn trên đầu dao, tại một vị trí xác định. Khi dao đợc đa vào vị trí
làm việc thì bộ điều khiển phải tham chiếu đến dữ liệu của nó để tính toán lợng
bù.
Để mã hiệu dụng cụ có nhiều cách khác nhau, nhng trớc hết cần phải nhận
biết u điểm và hạn chế của từng cách mã hiệu dụng cụ hiện đợc áp dụng. Đó là:
mã hiệu vị trí, mã hiệu dụng cụ theo cách cơ khí, mã hiệu dụng cụ theo điện tử,
mã hiệu vị trí thay đổi.
- ở cách mã hiệu vị trí, các vị trí trong ổ tích dao từ 1 đến n, đợc đánh số và
trong chơng trình gia công chi tiết không phải là dụng cụ mà là vị trí đợc lập
trình. Sau khi đợc sử dụng, từng dụng cụ lại trở về vị trí quy định của nó trong ổ
tích dao. Ưu đIểm của cách này là: tìm kiếm vị trí nhanh, xác nhận vị trí năng
động bằng hệ thống thích hợp nh dùng cam mã hiệu dài hoặc dùng các dạng
khác; vì vậy, tốc độ tìm kiếm có thể cao; dụng cụ cỡ lớn có thể nhận vị trí bất
kỳ, các vị trí lân cận là để trống, hiện tợng va đập không xuất hiện. Nhợc điểm
của cách này là: khi thay đổi chơng trình phải xác định lại vị trí của các dụng cụ
trong ổ tích dao theo nh chơng trình mới hay khi ghép nhóm chi tiết gia công
bất kỳ có thể xuất hiện các vấn đề, nếu theo chơng trình gia công lại có nhiều
dụng cụ khác nhau nhận vị trí nh nhau; việc điền đầy ổ tích dao với những dụng
cụ cùng họ là một vấn đề phức tạp và chỉ có thể thực hiện đợc bằng các thủ
thuật đặc biệt trong hệ CNC.
- Mã hiệu dụng cụ theo cách cơ khí là cách mà từng dụng cụ, ví dụ: ở cán hình
trụ của cơ cấu tiếp nhận dụng cụ có các vòng mã hiệu. Ưu đIểm của cách này

là: sắp xếp bất kỳ các dụng cụ trong ổ tích dao; số hiệu dụng cụ đợc lập trình;
xác định vị trí của ổ dụng cụ trong ổ tích dao bất kỳ; các dụng cụ có thể đổi vị
trí cho nhau trong quá trình thay đổi. Hạn chế của cách này là: tốn thời gian và
có sai số khi lắp ghép các vòng mã hiệu, cơ cấu giữ dụng cụ đắt tiền với thiết bị
mã hoá; cơ cấu giữ đợc mã hoá không có khả năng sử dụng cho mọi loại máy;
xác nhận dụng cụ kém năng động, vì vậy có tốc độ tìm kiếm thấp của ổ tích
dao; thời gian tìm kiếm dài, vì quãng đờng ngắn nhất không đợc biết. Để tránh
điều đó, các dụng cụ có thể đợc sắp xếp theo số hiệu tăng dần và những vị trí
đó phải đợc giữ nguyên. Nếu sử dụng các dải mã hiệu mỏng dán lên dụng cụ để
thay cho các vòng mã hiệu thì cũng không khắc phục đợc vấn đề đó. Mặt khác,
các dải mã hiệu lại dễ bị bong ra do tác động của chất làm mát.
- ở cách mã hiệu dụng cụ điện tử, từng vị trí tiếp nhận dụng cụ nhận đợc một
con chíp điện tử để nhớ số hiệu dụng cụ hoặc các dữ liệu dụng cụ. Ưu điểm của
cách này là: quá trình mã hoá và đọc đợc thực hiện tự động, không có tác động
bằng tay, ít có sai số, từng dụng cụ mang tất cả dữ liệu hoặc mang số hiệu dụng
cụ. Trong trờng hợp này, máy tính sau khi đọc số hiệu dụng cụ sẽ cung cấp mọi
dữ liệu dụng cụ thông qua đờng dẫn dữ liệu tới hệ CNC. Hạn chế của cách này
là: đắt hơn vì trong từng vị trí tiếp nhận phải lắp đặt một con chíp để nhớ; ở từng
máy cần có một trạm ghi và đọc. Dữ liệu chỉ đợc đọc một lần khi nạp một dụng
cụ vào ổ tích dao. Sau đó hệ CNC đảm nhận việc xử lý dữ liệu dụng cụ đã thay
đổi tới con chip dữ liệu hoặc tới máy tính mới đợc thực hiện.
- Với cách mã hiệu vị trí thay đổi, ngời vận hành máy nạp từng dụng cụ vào
từng vị trí bất kỳ trong ổ tích dao và cung cấp thông tin này cho hệ CNC. Hệ
CNC tiếp nhận ngay và thực hiện tiếp khâu quản trị dữ liệu. Cách này ngày càng
chiếm u thế vì nó tận dụng các tính chất u việt của hệ điều khiển số và tránh các
16
điểm hạn chế. Ưu điểm của cách này là: sử dụng các dụng cụ không mã hoá
hoặc các dụng cụ mã hoá đIện tử, tận dụng cách mã hiệu vị trí tin cậy của ổ tích
dao, lập trình số hiệu dụng cụ trong chơng trình, tiến trình tìm kiếm với quãng
đờng ngắn nhất, thời gian thay đổi dụng cụ ngắn vì dùng tay tóm kép trao đổi

hai dụng cụ giữa vị trí ở ổ tích dao và vị trí trục chính. Điều kiện ứng với cách
mã hiệu vị trí thay đổi là một hệ CNC có hệ phần mềm cần thiết. Hệ CNC này
phải:
Tạo lập đợc sự sắp xếp đúng của các dữ liệu trong từng lần thay đổi dụng cụ
và lu giữ (nhớ) các dữ liệu đó toàn vẹn.
Cung cấp các giao diện dữ liệu tơng ứng cho thiết bị đọc/ghi của linh kiện dữ
liệu và cho máy tính dữ liệu dụng cụ khi sử dụng hệ thống mã hiệu điện tử.
Hỗ trợ khâu thay đổi dụng cụ bằng tay bằng cách hệ CNC da dụng cụ tìm
kiếm tới một trạm lấy dụng cụ và hiển thị số hiệu dụng cụ để kiểm tra.
Giữ chỗ cố định cho các dụng cụ quá cỡ và để trống các chỗ bên cạnh.
1.2.1.3. Thay đổi phôi và chi tiết gia công
Với thiết bị thay đổi phôi và chi tiết gia công tự động có thể tránh đợc thời
gian phụ để điều chỉnh, kẹp chặt, gá lắp, tháo dỡ phôi, chi tiết gia công bằng
cách thực hiện các thao tác đó ở ngoài phạm vi thời gian cắt vật liệu. Tiền đề ở
đây là máy đợc trang bị một cơ cấu thay đổi pallete (Pallete Changer). Pallete
là phơng tiện mang phôi, trên mặt đế có các bề mặt và các phần tử chức năng để
định vị và kẹp chặt một cách chính xác lên bàn của trung tâm gia công. Các
pallete này đợc thiết bị thay đổi chuyển tự động từ trạm chờ tới phạm vi gia
công của máy và sau khi gia công xong chi tiết lại đợc chuyển đi. Nhờ vậy, các
phôi đợc thay đổi chỉ trong vài giây. Khi có thêm ổ tích pallete (Pallete Pool)
hoặc hệ vận chuyển khép kín có thể tự động thay đổi phôi và chi tiết trong thời
gian gia công dài bất kỳ.
Thay đổi pallete tự động là điều kiện bắt buộc đối với giải pháp tích hợp hoá
các trung tâm gia công để thiết lập các hệ thống gia công linh hoạt. Đối với
những trờng hợp ứng dụng này, các pallete phải đợc trang bị thêm các hệ thống
mã hiệu nạp và đọc tự động, chẳng hạn để có thể cho biết trớc số hiệu phôi hoặc
chi tiết, số hiệu máy và thứ tự cần đảm bảo khi gia công trên máy CNC.
ở các thiết bị mã hoá này còn có yêu cầu phải tạo khả năng xác định rõ sau
khi gia công là các pallete đã qua các máy nào trong hệ thống gia công linh
hoạt. Yêu cầu này là cần thiết để khi có sai số gia công xuất hiện, khi giới hạn

dung sai bị vợt qua hoặc có phế phẩm thì ngời vận hành máy dễ dàng phát hiện
ra máy hoặc dụng cụ gia công nào có sai số.
1.2.1.4. Hình thức tổ chức dòng lu thông dao cụ tự động hoá
Tự động hoá dòng lu thông dao cụ đợc thực hiện theo hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: điều chỉnh các dao cắt và nạp chúng vào ổ tích dao. Giai đoạn
này thờng đợc tiến hành bằng tay hoặc cơ khí hoá và tự động hoá từng phần.
(mài dao để bảo đảm các góc cạnh và bề mặt của từng phần tử cắt hoặc lắp ghép
các mảnh cắt vào một thân dao tổ hợp ).
17
Giai đoạn 2: lấy dao đã gia công từ ổ kẹp dao trên trục công tác nạp trở lại ổ
tích dao và thay vào ổ kẹp dao của trục chính một con dao khác đến lợt gia
công. Đây là giai đoạn đổi dao trên máy. Nó đợc thực hiện tự động hoá một
cách triệt để. Kết cấu và nguyên tắc hoạt động của các cơ cấu đổi dao chịu ảnh
hởng của những yếu tố sau đây:
- Số lợng dao đòi hỏi trong quy trình công nghệ.
- Không gian chuyển đổi giữa trục chính và ổ tích dao.
- Thứ tự dao cụ, cách sắp xếp, địa chỉ và mã hoá địa chỉ của chúng trong ổ tích
dao.
- Lợng điều chỉnh dao hoặc điều chỉnh sai lệch của dao thực hiện trên máy
trong quá trình điều khiển máy.
Nhằm mục đích hạn chế đến mức thấp nhất các chi phí cho các thiết bị đổi
dao tự động, cần thiết phải xác định số lợng dao cụ trên mỗi trạm công nghệ là
nhỏ nhất nh có thể. ở đây, đặt ra vấn đề hợp lý hoá giữa số lợng dao trong ổ
tích dao với năng tính kỹ thuật của mỗi trung tâm gia công ngay từ giai đoạn
thiết kế.
Những đầu revolver hình sao hoặc hình trống thờng bị hạn chế về khả năng
tích dao. Đầu revolver hình sao đợc thiết kế cho khu vực điều chỉnh kẹp dao,
hoặc đợc lắp vào ụ trục chính nhiều trục công tác.
(hình vẽ)
Khi cần tích luỹ nhiều dao cụ, ta thờng dùng các kết cấu phù hợp: ổ tích luỹ

dao dạng đĩa ổ tích dao nhiều tầng, ổ tích dao dạng xích và các kết cấu khác.
Các dạng ổ tích luỹ dao đợc phân biệt bởi các tiêu hao cho chuyển động đi tới
vị trí dao, các nhu cầu về chỗ xếp đặt dao, số lợng các chuyển động và chiều dài
của con đờng vận chuyển dao cụ. Kết cấu đổi dao chình bày nh trên hình thực
hiện theo nguyên tắc thời gian đổi dao tính vào thời gian nguyên công. Trục
chính khi đổi dao phải đứng yên. Trái lại ở các máy có kết cấu hai trục chính
hình, trục bên trên đợc thay dao trong khi trục phía dới đang thục hiện thời gian
cơ bản, và do đó thời gian nguyên công chỉ tính thêm khoảng đóng mạch đổi
đầu dao rơvonve. Giải pháp có u điểm đặc biệt là những đầu khoan nhiều trục,
trong đó có thể đổi đồng thời nhiều dao cùng lúc nh hình mô tả.
Trong mặt tờng của giá tích luỹ Palette 2 có một trung tâm tàng trữ dao cụ.
Trung tâm này đợc nối ghép với các xích trữ dao thông qua một xe chuyển dao.
Một tổ chức phân phối nh vậy cho phép thực hiện mang chuyển bất cứ dao cụ
nào tới bất cứ máy nào.
Trong dòng lu thông dao cụ, việc xếp đặt dao và địa chỉ hoá vị trí của chúng là
một vấn đề quan trọng. Các phơng án xếp dao trong ổ tích luỹ có thể thực hiện
theo nhiều quan điểm khác nhau:
- Xếp đặt dao theo trình tự các nguyên công gia công. Những dao cụ giống
nhau trong những bớc nguyên công khác nhau đợc lặp lại trong ổ tích dao nhiều
lần để tránh vận chuyển phức tạp. Khi nạp dao lần đầu tiên vào ổ tích dao, cần
phải có một sự chú trọng, cẩn thận tuyệt đối để tránh nhầm lẫn thứ tự dùng dao
trong quy trình công nghệ.
- Xếp đặt dao theo thứ tự chỗ đặt trong ổ tích dao (hình vẽ)
Số thứ tự vị trí trong ổ = số thứ tự dao cụ: mỗi con dao có một vị trí cố định
của nó trong ổ tích luỹ. Ta gọi là sự mã hoá địa chỉ theo vị trí của ổ tích dao.
18
- Xếp đặt dao theo thứ tự bất kỳ. Các dao cụ đợc mã hoá. Một thiết bị đọc, đọc
trên các vòng mã hoá, chọn ra con dao gia công ở bớc tiếp theo. Việc nạp dao
lần đầu tiên hoặc nạp dao trở lại đều có thể thực hiện bất kỳ.
1.2.1.5. Tổ chức dòng lu thông chi tiết

Về nguyên tắc, cấu trúc của các hệ thống tự động linh hoạt chịu ảnh hởng trực
tiếp bởi phơng thức tổ chức dòng chi tiết trong hệ thống máy. Những yêu cầu
phải quán triệt khi chọn lựa phơng án tổ chức dòng chi tiết là:
- Có con đờng vận chuyển ngắn nhất
- Có tính linh hoạt trong thứ tự các nguyên công gia công
- Có mức độ chất tải tối u đối với các trạm gia công
- Có thời gian thông thoát chi tiết ngắn nhất
- Có điều kiện phục vụ nhiều máy thông qua thiết bị chuyển đổi
- Có giá thành chế tạo rẻ.
Nghiên cứu các hệ thống TĐLH hiện có trên thế giới, ta thấy rõ trong nguyên
tắc tổ chức dòng chi tiết có ba phơng án cơ bản và một phơng án mở rộng.
a- Hệ thống máy với nguyên tắc nối ghép thay thế
Hình ( ) trình bày sơ đồ nguyên tắc của phơng án nối ghép này
Hình Hệ thống máy nối ghép theo nguyên tắc thay thế
Cả trong phơng án đặt các trạm công nghệ trên đờng thẳng hoặc đờng tròn,
đặc tính cơ bản của hệ thống là:
Các TTGC đứng trong hệ thống đợc nối ghép với ổ tích luỹ trung tâm một
cách song song, không phụ thuộc nhau. Trong hệ thống chỉ có mối quan hệ trao
đổi phôi liệu và chi tiết đã gia công giữa ổ tích luỹ trung tâm và từng trạm công
nghệ riêng lẻ.
Một trình tự công nghệ từ trạm này sang trạm khác là không bắt buộc, nếu có
cũng phải thông qua ổ tích luỹ trung tâm để chuyển đổi (ổ tích luỹ tích cực).
Do đặc tính này mà những đòi hỏi về mặt tổ chức đối với hệ thống điều khiển
19
L1
P
R
M1
Mi
M2

Mn-1
Ra
L2
Mn
đặt ra đơn giản, tạo điều khiện cho các cơ cấu vận chuyển và trao đổi phôi liệu
dễ dàng phục phụ nhiều máy. Các trạm gia công đợc chất tải cao về thời gian,
tuy nhiên việc sử dụng các tính năng kỹ thuật của chúng không đợc triệt để. Nói
cách khác tính linh hoạt của hệ thống bị hạn chế một cách đáng kể.
b - Hệ thống máy với nguyên tắc Nối ghép bổ sung
Hình Hệ thống máy theo nguyên tắc nối ghép bổ sung
Hình mô tả nguyên tắc tổ chức của hệ thống. ở đây có thêm mối quan hệ
trao đổi phôi liệu hoặc bán thành phẩm giữa các trạm công nghệ khác nhau.
Một trình tự công nghệ đi qua các trạm đợc xác định từ chơng trình điều khiển,
chi tiết sẽ đợc gia công hoàn thiện trên đờng lu thông của chúng, các trạm công
nghệ bổ sung những khả năng kỹ thuật cho nhau, cùng tham gia gia công
hoàn thiện cho chi tiết. Theo đó những yêu cầu điều hành dòng chi tiết đặt ra
cho hệ thống điều khiển sẽ phức tạp hơn, tuỳ thuộc số trạm công nghệ có mặt
trong hệ thống và số địa chỉ mà một tiến trình công nghệ phải đi qua. Khả năng
phục vụ nhiều máy của các cơ cấu vận chuyển và trao đổi phôi liệu bị hạn chế.
ở một mức độ nhất định, việc phân chia các nhiệm vụ gia công trên các trạm
công nghệ phải đạt đợc những thời gian chu kỳ xấp xỉ nhau. Với nguyên tắc nối
ghép này, hệ thống máy tỏ ra có tính linh hoạt cao hơn, các trạm công nghệ đợc
khai thác triệt để hơn những tính năng kỹ thuật của chúng.
c - Hệ thống máy với nguyên tắc nối ghép tổ hợp
Hình 1 . Trình bày sơ đồ nguyên tắc nối ghép hệ thống, trong đó tồn tại bất
cứ một mối quan hệ trao đổi nào. Đây là hệ thống máy có tính linh hoạt cao hơn
cả so với hai hệ thống vừa mô tả.
20
M
1

R
M
2
M
i
M
n-1
M
n
L
1

L
2
out
P
hình 1.2.2.3 Hệ thống máy theo nguyên tắc " nối ghép bổ sung " out : đầu
ra sản phẩm
Các trung tâm gia công vừa đợc chất tải cao về mặt thời gian, vừa có điều
khiện phát huy triệt để năng tính kỹ thuật của chúng. Các phơng tiện vận chuyển
và trao đổi phôi liệu có điều kiện phục vụ nhiều máy. Hiện nay, các hệ thống
máy TĐLH chủ yếu đợc thiết lập theo nguyên tắc nối ghép này.
Hình Hệ thống máy theo nguyên tắc nối ghép tổ hợp
d - Hệ thống máy với nguyên tắc nối ghép mở rộng
Hình Hệ thống máy theo nguyên tắc nối ghép mở rộng (L3: kho trung gian)
Theo nguyên tắc nối ghép này, nhờ có thêm các ổ tích luỹ trung gian-đảm
nhiệm địa chỉ trung chuyểnmà tính linh hoạt của hệ thống máy đợc nâng
cao thêm một mức, đặc biệt là linh hoạt về mặt thời gian. ở đâu dòng lu thông
chi tiết chảy nhanh thì đã có ổ tích luỹ trung gian điều hoà, tránh đợc hiện t-
ợng ứ tràn hoặc bế tắc trong lu thông chung của dòng chi tiết trong hệ thống

máy. Trình tự công nghệ có thể là bất kỳ, chu kỳ thời gian của mỗi công đoạn
không cần gò ép để đạt tính xấp xỉ, trái lại có thể tuỳ ý khai thác tối đa các chế
độ cắt gọt rất khác nhau, cừa đảm bảo chất lợng bề mặt gia công cũng nh các
điều kiện kỹ thuật khác.
1.3. Trung tâm gia công DMU 60T
21
M
1
R
M
2
M
i
M
n-1
M
n
L
1

L
2
out
P
hình 1.2.2.4 Hệ thống máy theo nguyên tắc " nối ghép tổ hợp "
P
M1
M2
Mi
Mn-1

Mn
R
P
P
P
P
P
P
L
3
3
L
L
3
3
L
L
3
P
L2
Ra
L1
1.3.1. Giới thiệu
Trung tâm gia công CNC DMU 60T là một trong những loại TTGC vào loại
hiện đại nhất nớc ta hiện nay. Phần cứng do hãng DECKEL MAHO chế tạo, sử
dụng phần mềm đợc tích hợp trong bộ điều điều khiển TNC 426 của hãng
HEIDENHAIN. DMU 60T đợc chế tạo theo các công nghệ cao nhất và thoả
mãn đợc tất cả các tiêu chuẩn về chất lợng, các đặc tính kỹ thuật cũng nh các
tiêu chuẩn về an toàn quốc tế. Nhìn chung, TTGC DMU 60T có thể thoả mãn đ-
ợc các thao tác bằng tay cũng nh tự động.

Hình 1.7. Trung tâm gia công DMU 60T
1.3.2. Phạm vi sử dụng
TTGC DMU 60T có thể đợc sử dụng để thực hiện các công việc sau đây:
1. Phay (theo tiêu chuẩn DIN 8589)
- Phay mặt phẳng
- Phay mặt cong
- Phay rãnh xoắn
- Phay lăn răng
- Phay chép hình
- Phay định hình
2. Khoan và doa
22
- Khoả mặt đầu
- Khoan và doa lỗ
- Tarô và cắt ren ngoài
- Khoan và doa theo toạ độ
- Khoan các lỗ không trụ
Các vật liệu gia công trên máy là: kim
loại, gỗ và chất dẻo. Với các vật liệu dễ cháy, nổ (chẳng hạn nh magiê) không đ-
ợc phép gia công nếu cha có các biện pháp an toàn đợc áp dụng.
DMU 60T đợc trang bị kèm theo một số lợng lớn các thiết bị cũng nh phụ
tùng đặc biệt nh: đầu phay đứng, đầu phay cao tốc 30 000 vòng/phút, thiết bị tải
phoi, bôi trơn và làm mát. Đặc biệt, TTGC còn đợc trang bị một ổ tích dao với
dung lợng tới 25 ữ 40 dụng cụ, tay máy để thay đổi dụng cụ và hệ thống khí nén
và thuỷ lực nhằm phục vụ cho việc thay đổi và kẹp chặt dụng cụ, các loại bàn
máy vạn năng cũng nh bàn quay, các thiết bị đo tích cực và thiết bị đo hiệu
chỉnh dụng cụ.
1.3.3. Các thông số kỹ thuật của máy
1.3.3.1. Truyền dẫn chính
- Động cơ servo AC điều khiển kỹ thuật số

- Hộp tốc độ hai cấp tốc độ, tự động thay đổi tốc độ
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Chuẩn [vòng/phút] 20 ữ 6300 vòng/phút
Khoảng chọn [vòng/phút] 20 ữ 8000 vòng/phút
ở chế độ cài đặt [vòng/phút] 20 ữ 800 vòng/phút
1.3.3.2. Truyền dẫn chạy dao
Các động cơ ở truyền dẫn chạy dao cho cả ba trục X,Y,Z là các động cơ điện
AC kỹ thuật số
- Bớc tiến cắt gọt cho các trục X,Y,Z 20 ữ 10000 vòng/phút
- Bớc tiến nhanh
Cho trục X,Y 18 m/phút
Cho trục Z 17 m/phút
- Chế độ cài đặt cho cả 3 trục 20 ữ 2000 mm/phút
1.3.3.3. Hệ thống đo đờng dịch chuyển
- Độ phân giải
Cho các trục X,Y,Z0,001 mm
23
Hình 1.8. Thân bơm phun
DMC 60H đợc chế tạo bởi
trung tâm gia công DMU 60T
- Gia số nhỏ nhất 0,001 mm
- Sai lệch vị trí theo các phơng X,Y,Z 0,010 mm
- Hành trình làm việc (khoảng dịch chuyển)
Trục X 600 mm
Trục Y 525 mm
Trục Z 500 mm
1.3.3.4. Các thông số khác
- Trục chính kẹp chặt bằng thuỷ lực SK 40/HSK-E50
- Bộ đổi dụng cụ và ổ chứa dụng cụ SK
ổ chứa dụng cụ số lợng: 25 dụng cụ

Đờng kính lớn nhất của dụng cụ trong ổ
Với tất cả các vị trí đều có dụng cụ 80 mm
Với dụng cụ đặt cách quãng 160 mm
Chiều dài lớn nhất của dụng cụ
Với bộ đổi dao tự động 8 kg
Khối lợng lớn nhất của toàn bộ dụng cụ có thể chứa đợc trong ổ cha dụng
cụ 100 kg
áp suất khí nén 5,5 ữ 8,0 bar
1.3.3.5. Bàn máy:
a. Bàn máy cố đinh:
Kích thớc bang máy 900x543 mm
Khoảng cách giữa các rãnh chữ T 63 mm
Số lợng/ kích thớc rãnh chữ T 8/14H7
b. Bàn máy vạn năng:
Kích thớc bàn máy
750x520 mm
Khoảng cách giữa các rãnh chữ T 63 mm
Số lợng/kích thớc rãnh T 8/14 H7
Góc quay của bàn máy theo phơng thẳng đứng 360
o
Góc nghiêng bàn máy so với trụ đứng
45
o
Tỷ số truyền
Độ phân giải của bộ hiển thị số của chuyển động quay 0,001
o
24
Khối lợng bàn máy 310 kg
c. Bàn quay NC:
Kích thớc bàn máy

630x510 mm
Đờng kính lỗ tâm của bàn máy
50H6
Khoảng cách giữa các rãnh chữ T 63 mm
Số lợng/kích thớc rãnh T 714 H7
Mômen quay tôi đa 1830Nm
Mômen hãm 5950 Nm
Tốc độ quay tối đa 3600
o
/phút
Độ phân giải của bộ hiển thị số của chuyển động quay 0,001
o
Khối lợng bàn máy mà bàn máy có thể mang đợc
Với bàn máy cố định 350 kg
Với bàn máy vạn năng 350 kg
Với bàn máy NC 350 kg
1.3.4. Phân tích động học của máy:
1.3.4.1. Động học truyền dẫn chính:
25