Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO) CHƯƠNG 9 ( Sách Giáo Trình)

Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số

CHƯƠNG 9: MÁY ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SÔ

Mục tiêu chương 9: Sau khi học xong chương này, sinh viên có khả năng:
1. Trình bày các khái niệm cơ bản về điều khiển theo chương trình số;
2. Phân tích đặc điểm sử dụng và đặc điểm cấu trúc của máy NC;
3. Giải thích những ưu, nhược điểm của máy NC;
4. Xác định được số trục và tên các trục trong máy NC, CNC.

1


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
9.1. KHÁI NIỆM
Các máy công cụ, máy cắt kim loại đã được phát triển từ rất lâu để gia công các chi
tiết khác nhau trong ngành cơ khí. Một thời gian dài xuất hiện, các máy công cụ đều do các
công nhân trực tiếp điều khiển, thao tác bằng tay, quan sát bằng mắt để gia công. Cách điều
khiển này khiến cho thời gian phụ khá lớn, phế phẩm nhiều và như vậy năng suất làm việc
không cao.
Khi mà nhu cầu sản suất hàng loạt lớn và hàng khối phát sinh, cần thiết phải nâng
cao năng suất, giảm thời gian phụ và giảm phần trăm phế phẩm. Để thực hiện được các yêu
cầu này cần thiết tiến hành quá trình tự động hóa, các máy tự động sử dụng các cơ cấu vấu tì
hay công tắc hành trình, mẫu chép hình, cơ cấu cam trên trục phân phối như là các chương
trình điều khiển máy đã được lập và ghi sẵn thông qua các cơ cấu này. Các máy tự động loại
này giúp rút ngắn được thời gian phụ nhưng thời gian chuẩn bị các cơ cấu điều khiển như
vấu tì, mẫu chép hình, cam,… mất khá nhiều thời gian. Do vậy, nếu cần thay đổi mẫu mã
và kích thước của các chi tiết gia công, các cơ cấu điều khiển như vấu tì, cam…hay các
chương trình điều khiển “cứng” cần phải được thay đổi và chuẩn bị lại từ đầu và mất nhiều
công sức, đặc biệt là khi các chi tiết gia công phức tạp. Vì vậy, các máy tự động loại này chỉ
thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối.

Xã hội loài người càng phát triển, nhu cầu các mẫu mã sản phẩm trở nên phức tạp
hơn và cần thay đổi liên tục với số lượng chi tiết gia công đôi khi không phải luôn luôn là
hàng loạt lớn hay hàng khối, việc áp dụng các máy tự động trong sản xuất không có hiệu
quả kinh tế cao. Như vậy, cần phải có một loại máy có khả năng thay đổi chương trình điều
khiển một cách nhanh chóng hơn, dễ dàng chuẩn bị, “mềm” và linh hoạt hơn so với cách
điều khiển “cứng” như trong máy tự động. Máy điều khiển theo chương trình “mềm và linh
hoạt” ra đời trong bối cảnh và yêu cầu thực tiễn này. Để giúp điều khiển máy và thay đổi
nội dung điều khiển “mềm”, linh hoạt và nhanh chóng hơn, người ta không thể sử dụng các
“chương trình điều khiển cứng” như cam, hay mẫu chép hình như trước mà sử dụng các
chương trình được mã hóa dưới dạng số với các loại mã khác nhau. Các máy điều khiển
theo chương trình sử dụng các chương trình được mã hóa dưới dạng số này được gọi là máy
điều khiển theo chương trình số (numerical control), còn được gọi là máy NC.
Các chương trình được mã hóa dưới dạng số này chứa đựng tất cả các lệnh điều
khiển các chuyển động và hoạt động của máy NC. Thông qua bộ phận đọc chương trình, các
câu lệnh sẽ được đưa về bộ điều khiển để điều khiển một phần hay toàn bộ quá trình hoạt
động của máy NC. Các chương trình điều khiển máy NC có thể được ghi trên băng đục lỗ,
phim, băng từ, đĩa mềm, đĩa CD, đĩa cứng…

2


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số

a)

b)

c)

Hình 9. 1 – Cơ cấu điều khiển; a – Vấu tì; b – Công tắc hành trình; c – Cam

3


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
9.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA MÁY NC
Có thể nói, Parsons người Mỹ là cha đẻ của ý tưởng áp dụng tín hiệu số cho các máy
gia công cắt gọt vào năm 1947. Một số năm nghiên cứu sau đó với sự hỗ trợ của Viện công
nghệ tự động Massachussets (M.I.T), ông đã hoàn chỉnh hệ thống điều khiển máy phay 3
tọa độ điều khiển bằng số, và vào năm 1954, máy này lần đầu tiên được gọi là “máy điều
khiển theo chương trình số” như tên gọi ngày nay.
Năm 1955, trong triển lãm máy công cụ tại Chicago đã xuất hiện 4 máy điều khiển
theo chương trình số bằng bìa và băng đục lỗ. Kể từ thời điểm này, khi thấy được lợi ích và
tiềm năng to lớn của máy điều khiển chương trình số, các nước khác như Nhật, Anh, CHLB
Đức, Liên xô (cũ)…, cũng đã tập trung vào nghiên cứu chế tạo và phát triển thành công máy
điều khiển chương trình số .
Năm 1955, trong triển lãm máy công cụ tại Chicago đã xuất hiện 4 máy điều khiển
theo chương trình số bằng bìa và băng đục lỗ.
Năm 1965, Mỹ đã đưa vào sử dụng 7000 máy NC các loại.Và đến năm 1988, tổng số
máy NC ở Mỹ đã lên đến 186000 chiếc.Ở châu Âu, cho đến năm 1964, CHLB Đức đã đưa
vào sử dụng hơn 500 máy NC các loại. Ở Anh vào năm 1962 cũng đã có 225 máy NC và
đến cuối năm 1967 đã có đến 1300 chiếc máy NC. Trong khi đó, ở Liên Xô cũ, việc chế tạo
và ứng dụng máy NC vào sản xuất đã đạt nhiều thành tựu rực rỡ.
9.1.1. Đặc điểm sử dụng
Như đã đề cập ở trên, các chương trình điều khiển máy NC được ghi trên băng đục
lỗ, phim, băng từ, đĩa mềm, đĩa CD, đĩa cứng,…, nên máy NC có khả năng thay đổi chương
trình điều khiển một cách linh hoạt, nhanh chóng và thuận tiện và không phải tháo ráp, thay
đổi các “chương trình cứng” như cam, mẫu chép hình như trong máy tự động. Thời gian
chuẩn bị chương trình cho máy NC nhanh chóng và đơn giản, không tốn nhiều chi phí và
thời gian như việc chuẩn bị như việc lập trình “cứng”. Tuy nhiên, cũng chính vì công việc

điều khiển thuận tiện, đơn giản đối với con người mà cấu trúc của máy NC càng trở nên
phức tạp hơn so với các máy công cụ vạn năng thông thường và máy tự động. Điều này làm
giá thành của máy NC rất cao so với các loại máy công cụ vạn năng và tự động.
Việc sử dụng máy NC rất hiệu quả nếu số lượng chi tiết vừa phải và các mẫu mã chi
tiết thường xuyên thay đổi. Máy NC thích hợp cho các loại chi tiết từ đơn giản đến phức
tạp. Máy NC rõ ràng có rất nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại máy khác. Tuy nhiên, để
lựa chọn nó, vấn đề tính kinh tế phải được đem ra xem xét.

4


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Giá thành

Máy NC

Máy tự động

a

A

B

N

Sản lượng

Hình 9. 2 – Tổn phí gia công trên máy NC và máy tự động
Hình trên cho thấy giá thành chế tạo một chi tiết của máy NC sẽ cao hơn giá thành

của máy tự động nếu tổng số chi tiết dự kiến được gia công trên máy lớn hơn giá trị N; tại
điểm N giá thành này của cả hai loại máy này bằng nhau và giá thành đó của máy NC thấp
hơn nếu tổng số lượng chi tiết nhỏ hơn N. Chi phí ban đầu a trên hình của một máy tự động
xét đến việc ngừng để điều chỉnh máy, thay đổi các cơ cấu điều khiển “cứng”.
Tóm lại, trong khi máy tự động thích hợp với việc sản suất chuyên dùng một hoặc
một vài chi tiết với số lượng lớn hàng loạt và hàng khối, thì máy NC thích hợp cho việc sản
suất đa dạng các loại chi tiết với số lượng nhỏ hơn nếu xét về hiệu quả kinh tế.
9.1.2. Đặc điểm về cấu trúc:
Máy NC cũng là máy gia công kim loại nên cấu trúc của máy NC về cơ bản cũng
giống như các máy công cụ truyền thống. Điều này có nghĩa là máy NC cũng thực hiện
nguyên lý cắt với hai chuyển động tương đối giữa dao và phôi.Điểm khác biệt ở chỗ hệ
thống điều khiển và cách thức điều khiển của chúng khác nhau.
Hình 9.3 thể hiện sự khác biệt giữa máy công cụ thông thường (a,b) và máy NC
(c,d).

5


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Máy truyền thống

Người điều khiển
a)

Người điều khiển

Bộ điều khiển

Máy truyền thống

b)

Chương trình, câu lệnh điều khiểnBộ điều khiển
Dữ liệu vào, các yêu cầu

Máy NC

Người điều khiển
c)

Dữ liệu vào, các yêu cầu Máy tính số

Chương trình, câu lệnh điều khiểnBộ điều khiển

d)

Máy NC

Người điều khiển

Hình 9. 3 – Sự khác biệt giữa máy NC và máy công cụ truyền thống
• Máy công cụ truyền thống
Người công nhân phải điều khiển trực tiếp bằng tay để điều khiển toàn bộ các quá
trình hoạt động của máy hoặc phải gián tiếp thông qua bộ điều khiển (Hình 9.3a) để đo
lường điều chỉnh máy trước khi gia công. Như vậy ở máy vạn năng, thông qua bản vẽ chi
tiết, người công nhân tự lập ra toàn bộ quá trình hoạt động gia công của máy và trực tiếp

6

Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
điều khiển. Do đó chất lượng chi tiết gia công phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người công
nhân thông qua việc đo lường và kiểm tra, hiệu chỉnh.
• Máy NC
Khác với máy công cụ truyền thống, người điều khiển máy NC không phải tác động
nhiều đến máy; công việc của người điều khiển đơn giản chỉ là khởi động các hoạt động ban
đầu. Máy NC có thể tự động định vị và hiệu chỉnh các giá trị ban đầu thông qua các câu
lệnh trong chương trình điều khiển đã được mã hóa bằng băng đục lỗ, băng từ hay bằng đĩa
mềm, đĩa cứng nhờ vào máy tính (Hình 9.3b) được xử lý bởi bộ điều khiển. Nhờ vào các
chương trình số điều khiển toàn bộ quá trình đã được lập sẵn với các câu lệnh điều khiển vị
trí, vận tốc, lượng di động,... mà trong suốt quá trình gia công người điều khiển không phải
can thiệp vào đến các hoạt động của máy.
• Ưu nhược điểm của máy NC
-

Ưu điểm:
+ Chương trình điều khiển có thể thay đổi nhanh chóng, dễ
dàng do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn
bị sản xuất;
+ Chất lượng gia công không phụ thuộc vào tay nghề của
người điều khiển do đó giảm được hư hỏng do sai sót của
người công nhân và ít có phế phẩm. Sự tự động hóa của NC
giúp giảm cường độ lao động căng thẳng của người công
nhân;
+ Giúp tăng khả năng tự động hóa quá trình sản xuất. Các
máy NC dễ dàng có thể liên kết với nhau để tạo thành trung
tâm gia công;

-

Nhược điểm:
+ Giá thành của máy NC cao;
+ Người lập trình máy NC có kiến thức cơ bản về máy NC và
ngôn ngữ lập trình.

9.1.3. Phân loại máy NC
Về nguyên tắc máy NC có thể phân loại theo chức năng như máy truyền thống: Máy
tiện NC, máy khoan – Doa NC, máy phay NC.
Ngoài ra, máy NC có thể phân loại theo đặc điểm chuyển động của dao cắt: Máy NC
có dao cắt đứng yên, máy NC có dao cắt quay.
7


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
9.1.4. Máy tiện NC
8.1.4.1. Đặc điểm chung
Là loại máy có số lượng nhiều nhất và đa dạng nhất trong các loại máy NC. Hầu hết
máy tiện NC đều sử dụng hộp tốc độ tự động với động cơ điện một chiều, ly hợp điện từ,
nên xích truyền động ngắn và có thể tự thay đổi vận tốc cắt trong thời gian gia công.

8


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
8.1.4.2. Máy tiện NC 16K20T1
• Đặc tính kỹ thuật:
-

Đường kính lớn nhất có thể gia công:
+ Trên thân máy:

+ Trên bàn máy:

400 mm
215 mm

-

Chiều dài đường kính lớn nhất có thể gia công:

l = 900 mm

-

Đường kính lỗ của trục chính:

53 mm

-

Số vòng quay của trục chính:

n = 22,4 ÷ 2240 v/ph

-

Lượng chạy dao dọc:

s1 = 0,01 ÷ 2,8 mm/v

-

Lượng chạy dao ngang:

s2 = 0,005 ÷ 1,4 mm/v

-

Lượng di động bàn máy trên một xung dọc:

s1n = 0,01 mm

-

Lượng di động bàn máy trên một xung ngang:

s2n = 0,005 mm

-

Bước ren có thể cắt:

tp = 0,01 ÷ 40,96 mm

-

Công suất động cơ chính:

Nđc = 11 kW

Hình 9. 4 – Máy 16K20T1

9


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số

Hình 9. 5 – Sơ đồ máy 16K20T1
9.1.5. Máy khoan – doa NC
8.1.5.1. Đặc điểm
Một xu hướng mạnh mẽ phát triển nhóm máy khoan – doa là mở rộng chức năng của
chúng bằng cách tạo ra một máy vừa có thể khoan, vừa có thể doa và nhiều khi còn có thể
phay. Đặc điểm của loại máy này là thường sử dụng đầu revolver để thay dao tự động. Bàn
máy của chúng không phải đứng yên, mà có dạng chữ thập di động theo hai chiều X, Y.
Máy khoan-doa NC phát triển với nhiều dạng khác nhau:
-

Máy khoan: có thể là máy khoan đứng, khoan cần, khoan revolver, khoan
nhiều trục,…;

-

Máy doa: có thể là máy doa ngang, doa tọa độ, doa giường;

-

Trung tâm gia công: với sự tổ hợp của máy khoan-doa, hoặc khoan-doaphay với những cơ cấu cấp dao tự động.

Với việc sử dụng máy khoan-doa NC, năng suất lao động tăng lên từ 1,5÷2 lần. Và
nếu sử dụng thêm cơ cấu thay dao tự động, năng suất có thể tăng lên từ 3÷4 lần.
8.1.5.2. Máy khoan đứng NC 2P135∅2

• Đặc tính kỹ thuật
-

Đường kính lớn nhất của mũi khoan:

∅ 35 mm
10


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
-

Ren lớn nhất có thể cắt:

M24

-

Đường kính lớn nhất của dao phay:

∅100 mm

-

Lượng di động lớn nhất của đầu revolver:

560 mm

-

12 cấp vòng quay trục chính:

n = 31,5 ÷ 1400 v/ph

-

18 cấp lượng chạy dao theo trục Z:

s = 10÷500 mm/ph

-

Lượng chạy dao nhanh theo trục Z:

3850 v/ph

-

Lượng chạy dao nhanh theo trục X’, Y’:

3800 mm/ph

-

Kích thước bàn máy:

400 x 360 mm

11

Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số

Hình 9. 6 –Máy khoan đứng NC 2P135∅2
9.1.6. Máy phay NC
8.1.6.1. Đặc điểm
Máy phay NC được sử dụng rộng rãi để gia công các dạng mặt phẳng và chi tiết có
hình dạng phức tạp như mặt bích, tấm chắn, thân, hộp, giá đỡ, cam, mẫu,…với nhiều mặt,
nhiều lỗ, nhiều góc độ khác nhau. Nó có thể phay, khoan, khoét, doa cũng như cắt ren bằng
taro.
So với máy phay truyền thống máy phay NC có những ưu điểm sau:
-

Năng suất gia công cao hơn gấp 3 lần.

-

Rút ngắn được chu kì gia công và thời gian chuẩn bị sản xuất.

-

Giảm các công việc phải làm bằng tay, đặc biệt trong những công việc tinh
xác.

8.1.6.2. Máy phay UWF802M
• Đặc tính kỹ thuật
-

Động cơ chính (động cơ điện xoay chiều 3 pha)
+ Công suất:

+ Tốc độ động cơ:
+ Cấp số vòng quay trục chính:

-

3 kW
1420 v/ph
18

Động cơ điện một chiều (servo)
+ Tốc độ lớn nhất:

3000 v/ph
12


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
+
+
+
+
-

Momen động cơ truyền động cho các trục: 5000 Nm
Bàn máy trượt dọc (X):
2÷1600 mm/ph
Đầu trược ngang (Y):
2÷1600 mm/ph
Tốc độ chạy dao vô cấp của bàn máy trượt đứng: 2÷1600
mm/ph

Tần làm việc của các bàn máy:
+ Bàn di động dọc trục X:
500 mm
+ Đầu trược di động ngang treo trụcY: 430 mm
+ Bàn di đông thẳng đứng:
400 mm

-

Khối lượng:

1800 kG

-

Kích thước dài × rộng × cao:

3,38 × 2,80 × 1,95 m

Hình 9. 7 – Máy phay UWF802M
9.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA MÁY CNC
9.1.7. Đặc điểm chung

13


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Là hệ thống máy công cụ điều khiển theo chương trình viết bằng mã ký tự số, chữ cái
và các ký tự chuyên dụng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vi xử lý µP

(microprocessor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ 1 đến 20 µs và các bộ nhớ tối thiểu 4
kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển số như: tính toán tọa
độ trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các trạng thái của máy, tính toán
các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng (tuyến tính
và phi tuyến), thực hiện so sánh các cặp giá trị cần thực,…
Ưu điểm của máy CNC:
-

So với các máy công cụ điều khiển tay, kết quả làm việc của máy CNC
không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển. Người điều
khiền máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động
của máy.

-

So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam,
dưỡng, cữ chặn, trục gài bi, công tắc hành trình,…), máy CNC có tính linh
hoạt cao trong công việc lập trình, tiết kiệm được thời gian chỉnh máy, đạt
được tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ.

-

Ưu điểm chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệ thống xử
lý thông tin “điện tử - số hóa”, cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số
trong phạm vi quản lý toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hóa
toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua
mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN).

9.1.8. Phân loại máy CNC
Dựa vào đặc điểm gia công và hình dạng, CNC có thể phân thành 3 nhóm:

-

Nhóm máy CNC phay – khoan – doa: có chuyển động chính là chuyển động
vòng của dao cắt, và hình dạng của nó tương tự như máy phay, khoan, doa
ngang;

-

Nhóm CNC tiện – khoan hoặc tiện – khoan – phay: với chuyển động chính
là chuyển động vòng của phôi, và hình dạng gần giống máy tiện;

-

Nhóm CNC đặc biệt: với việc sử dụng các dạng gia công khác nhau (trừ
nguyên công bào) và có hình dạng, kích thước cũng rất khác nhau.

8.1.8.1. CNC phay – khoan – doa 6904BM∅2

14


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Máy được trang bị bàn máy có thể quay và cơ cấu cấp dao tự động dùng để gia công
tổng hợp chi tiết có dạng hộp, kích thước trung bình từ bốn phía mà không cần lắp đặt lại.
Máy có thể phay tinh và bán tinh với dao phay đĩa, dao phay mặt trụ, dao phay mặt đầu. Nó
có thể khoan, khoét, doa và cắt ren bằng taro. Máy thuộc loại có cấp chính xác cao. Lỗ dao
có thể đạt cấp chính xác 6-7.
• Đặc tính kỹ thuật
-

Kích thước làm việc của bàn máy:

400 × 500 mm

-

Số lượng dao trên cơ cấp chứa:

30

-

Số cấp vòng quay của trục chính:

Z = 19

-

Số vòng quay trục chính:

n = 32÷2000 v/ph

-

Lượng chạy dao của bàn máy theo tọa độ X’, Y, Z’: 3,15÷2000 mm/ph

-

Lượng chạy dao của bàn máy quay quanh trục B’: 3,15.10 ÷ 2,5 mm/ph

-

Chuyển động nhanh của bàn máy theo tọa độ X’, Y, Z’:

-

Chuyển động nhanh của bàn máy quanh trục B’:

5 v/ph

-

Kích thước chính của trung tâm;

2650×1950×2070 mm

4000 mm/ph

Trục chính máy đặt nằm ngang theo dạng của máy doa ngang. Trên bệ máy (1) lắp
trụ (2). Trên sống trượt đứng của trụ máy đặt ụ trục chính (3), và nó có thể thực hiện lượng
chạy dao đứng theo tọa độ Y. Ụ trục chính đặt ở phần dưới của trụ máy, và trục không có
chuyển động dọc trục, nên độ cứng vững của máy cao.
Trên sống trượt của bệ máy đặt bàn máy chữ thập (4) có thể quay quanh trục thẳng
đứng B’. Bàn máy này thực hiện chạy dao dọc và ngang theo tọa độ X’ và Z’. Bên hông trụ
máy lắp cơ cấu cấp dao tự động với cơ cấu chứa dao (5) và tay máy (6).

Hình 9. 8 – Hình dáng chung của máy CNC 6904BM∅2
15

Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
1 – Bệ máy; 2 – Trụ máy; 3 – Ụ trục chính; 4 – Bàn máy chữ thập;
5 – Cơ cấu chứa dao; 6 – Tay máy
8.1.8.2. CNC tiện – khoan – phay Ikegai
Theo thống kê, hơn 70% chi tiết sau khi gia công trên máy tiện, cần phải gia công
tiếp trên một máy thứ 2 với các nguyên công: khoan, phay, cắt ren,…Do đó, cần loại CNC
có thể thực hiện tất cả các công việc này sau một lần kẹp phôi.
CNC tiện – khoan – phay thường dùng hai đầu revolver: một đầu lắp các dao cắt cố
định, đầu thứ hai lắp các dao chuyển động khi gia công (khoan, phay). Loại này thường
dùng kiểu có mâm cặp và điều khiển theo ba tọa độ.

16


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
• Đặc tính kỹ thuật
-

Đường kính lớn nhất có thể gia công:

∅ 450 mm;

-

Lượng di động lớn nhất của trục chính:

45 mm;

-

Lượng di động lớn nhất của bàn trượt:

490 mm;

-

Số vòng quay trục chính:

ntc = 63÷2000 v/ph;

-

Vận tốc trục dụng cụ:

ndc = 125÷1250 v/ph;

-

Lượng chạy dao nhanh theo tọa độ:

X: 3600 mm/ph ;
Z: 4800 mm/ph;
C’: 13,3 v/ph;

-

Lượng chạy dao theo tọa độ:

X: 0,01÷40,95 mm/ph;
Z: 1,12÷640 mm/ph;

C’: 1,12÷630 rad/ph;

-

Công suất động cơ chính:

N = 11 kW;

-

Bề mặt làm việc của bàn máy:

900 × 4820 mm;

-

Trọng lượng máy:

6000 kG

Hình 9. 9 – Bộ phận lắp dao và phôi của CNC tiện – khoan – phay Ikegai
1 – Ụ trước; 2 – Bàn trượt; 3 – Đầu dao đặc biệt; 4 – Đầu revolver lắp các dao quay
khi qia công; 5 – Đầu revolver lắp các dao cố định để tiện khoét lỗ.
Trung tâm gồm có ụ trước (1) đảm bảo quay và đi động trục chính theo chiều trục.
Trên bàn trượt (2) lắp đầu dao đặc biệt (3). Đầu dao này có thể quay và mang hai đầu
17


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
revolver ở hai phía; đầu revolver (4) lắp các dao quay khi gia công (khoan, phay, taro); đầu

revolver (5) lắp các dao cố định để tiện, khoét lỗ.
Máy có thể di động theo tọa độ X, Z và quay theo tọa độ C’.
8.1.8.3. CNC tổ hợp AOW
• Đặc tính kỹ thuật
-

Bề mặt làm việc của bàn máy:

250 x 250 mm;

-

Số vòng quay lớn nhất của mâm cặp:

12 v/ph;

-

Côn trục chính:

N40;

-

Số vòng quay trục chính:

n = 20÷5000 v/ph;

-

Lượng di động lớn nhất của đầu truyền lực đứng:

180 mm;

-

Lượng di động lớn nhất của đầu truyền lực dọc:

180 mm;

-

Lượng di động lớn nhất của đầu truyền lực đứng:

±135 mm;

-

Số dao lắp được trong cơ cấu chứa:

15;

-

Công suất động cơ chính:

N = 2,35 kW;

-

Lực chạy dao:

P = 4000 N

-

Kích thước máy:

5200×3150×2400 mm

Hình 9. 10 – Hình dáng chung CNC tổ hợp AOW
1 – Bàn máy quay; 2 – Đầu truyền lực; 3 – Đầu truyền lực; 4 – Giá đỡ; 5 – Giá đỡ; 6 – Bàn
trượt; 7 – Bàn trượt; 8 – Cơ cấu cấp dao; 9 – Cơ cấu cấp dao;
10 – Cơ cấu khí ép; 11 – Cơ cấu khí ép.

18


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Trên bàn máy quay (1) lắp phôi. Ở hai mặt đối điện với phôi đặt hai đầu truyền lực
(2) và (3) có thể lắp các loại dao khoan và phay khác nhau để thực hiện quy trình gia công.
Mỗi đầu truyền lực đều có thể di động theo ba tọa độ: di động dọc trục chính do đầu truyền
lực thực hiện; chuyển động thẳng đứng do giá đỡ (4) và (5); chuyển động ngang trong bề
mặt thẳng góc với hình vẽ do bàn trượt (6) và (7). Mỗi đầu truyền lực đều có cơ cấu cấp dao
(8), (9) riêng. Mỗi cơ cấu cấp dao có thể chứa 15 dao. Di động dao ra khỏi cơ cấu chứa và
ngược lại, do các cơ cấu khí ép (10) và (11) thực hiện.
9.4. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÁC LOẠI MÁY NC
Hệ thống NC hiện nay đã ở mức độ khá hoàn thiện. Tuy nhiên, do đặc điểm của máy
NC là tổ hợp các phần cứng rời rạc, và chương trình điều khiển còn dựa quá nhiều vào phần
cứng (ví dụ như: bộ nội suy, cơ cấu so sánh…) và với mức độ phát triển nhanh của ngành

công nghệ thông tin (máy vi tính, PLC và các phần mềm) và ngành điều khiển như hiện nay,
thì máy NC không còn chiếm được vị trí quan trọng như ban đầu, thay vào đó là các hệ
thống CNC, DNC,...

Hình 9. 11 – Xu hướng phát triển của các hệ thống điều khiển từ 1965 đến 2010
Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử
lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý µP. Các hệ thống
CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng, dung cho nhiều mục
đích điều khiển khác nhau.
Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact (CD) có dung lượng
nhớ ngày càng mở rộng, độ tin cậy và tuổi thọ cao.

19


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ CNC (Computerized
Numerical Control) đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp
nhỏ, không có phòng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp
trên máy. Dữ liệu nạp vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy
cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển đều được hiển thị trên màn hình.
Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và con số nay đã dùng màn
hình màu đồ họa, độ phân giải cao (có thêm toán đồ và hình vẽ mô phỏng tĩnh hay động);
biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị.
Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý điều
hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay của một tập đoàn công
nghiệp.

a)Hệ DNC

c)Hệ FMS

b)Cụm sản xuất linh hoạt

d) Hệ CIM

Hình 9. 12 – Một số xu hướng phát triển của máy NC, CNC
9.5. MỘT SÔ KHÁI NIỆM VÀ QUY ƯỚC CƠ BẢN TRONG MÁY NC VÀ CNC

20


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Như đã trình bày ở trên, máy NC và CNC khác với máy thông thường ở chỗ chúng
được điều khiển thông qua chương trình được lập sẵn, do vậy cần qui định hệ tọa độ cho các
loại máy điều khiển theo chương trình số.
Ba trục chuyển động chính được ký hiệu là các trục X, Y, Z.

Hình 9. 13 – Quy tắc bàn tay phải
Trục Z vuông góc với hai trục còn lại để tạo nên hệ trục tọa độ vuông góc theo qui
tắc bàn tay phải (Hình 9.13). Trục Z thường được quy ước trùng với trục chính của máy.
Chiều chuyển động dương theo phương Z sẽ là chiều làm dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết gia
công. (Hình 9.14).

a) Máy phay đứng

b) Máy phay ngang

21

Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số

c) Máy tiện
Hình 9. 14 – Hệ tọa độ thiết lập cho một số loại máy NC, CNC
Trục X thường được chọn là trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy
NC, CNC (Ví dụ: đối với các máy phay, khoan NC, CNC).(Hình 9.14).
Trục Y là trục vuông góc với hai trục còn lại theo nguyên tắc bàn tay phải (Hình
9.14).
Trên máy NC, CNC tồn tại các hệ thống trục tọa độ. Các hệ thống này có các trục
song song nhưng tâm của các hệ thống tọa độ này có các vị trí khác nhau. Dưới đây là một
số các hệ thống tọa độ (chuẩn) quan trọng (Hình 9.15).

Hình 9. 15 – Chuẩn máy M, chuẩn chi tiết W và chuẩn thảo chương trên máy tiện
-

M: chuẩn máy – là chuẩn được thiết lập trước bởi nhà sản xuất và không
thay đổi được;

-

W: chuẩn chi tiết – dùng làm gốc tọa độ làm việc trong quá trình gia công.
Chuẩn này có thể thay đổi được;

-

P: chuẩn thảo chương – là chuẩn để lập chương trình gia công, có thể trùng
hoặc không trùng với chuẩn chi tiết và có thể thay đổi được.

22

Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
Máy NC sử dụng phần cứng điện tử dựa trên công nghệ mạch số để điều khiển máy.
CNC được phát triển sau sử dụng các vi máy tính hoặc vi điều khiển, kết hợp với các mạch
phần cứng khác để điều khiển máy.
-

Bộ điều khiển dựa trên phần cứng của máy NC sử dụng các xung để điều
khiển máy. Mỗi xung sẽ tạo nên một lượng chuyển động là một suất đơn vị
BLU (basic length unit) (khoảng di động nhỏ nhất đạt được của mỗi trục
máy) trên một trục tương ứng. Như vậy, trong hệ thống này, một xung tương
ứng với 1 BLU. Xung = BLU;

-

Đối với máy CNC, vì máy tính xử lý thông tin và lưu trữ dưới dạng nhị phân
(binary word), sự tăng hay giảm một bit của giá trị từ nhị phân sẽ tạo ra một
chuyển động BLU của trục tương ứng. Bit = BLU.

Độ chính xác của máy NC, CNC phụ thuộc vào một thông số rất quan trọng, đó là
suất đơn vị (BLU – basic length unit). BLU là độ phân giải của hệ thống, là lượng dịch
chuyển nhỏ nhất mà máy có thể thực hiện được trên mỗi trục.

23


Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số
CÂU HỎI ÔN TẬP
1.

2.
3.
4.
5.

Trình bày định nghĩa khái niệm về máy điều khiển chương trình số.
Trình bày những ưu nhược điểm máy NC.
Trình bày những ưu nhược điểm máy CNC.
So sánh đặc điểm của máy công cụ truyền thống, máy NC và máy CNC.
Trình bày những xu hướng phát triển của máy NC, CNC.

24