Nghiên cứu về bộ điều khiển NCK trong máy phay CNC 5 trục

MỤC LỤC
MỤC LỤC..............................................................................................................................i
Chương 1...............................................................................................................................2
GIỚI THIỆU VỀ MÁY CNC...............................................................................................2
1.1. Giới thiệu chung...............................................................................................................2
1.2. Lịch sử phát triển.............................................................................................................3
1.3. Ưu nhược điểm của máy CNC........................................................................................4
1.3.1. Sự khác nhau giữa máy NC,CNC và các máy công cụ thông thường.....................5
5
1.3.2. Ưu điểm.....................................................................................................................7
1.3.3. Nhược điểm...............................................................................................................8
1.4 Ứng dụng trong thực tế của công nghệ CNC...................................................................8
Chương 2.............................................................................................................................12
CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH, NGÔN NGỮ VÀ..........................................................12
CÁCH LẬP TRÌNH CHO MÁY CNC...............................................................................12
2.1 cấu trúc chương trình......................................................................................................12
Một chương trình NC hoàn chỉnh bao gồm ba phần :..........................................................12
Mở đầu chương trình : tên chương trình..............................................................................12
Thân chương trình : trình tự các câu lệnh NC với các thông tin gia công như hệ tọa độ
được áp dụng,dao cắt,quỹ đạo đường chạy dao,tọa độ các điểm mà dao đi qua, các chế
độ làm mát…...................................................................................................................12
Kết thúc chương trình...........................................................................................................12
Bắt đầu chương trình :..........................................................................................................12
Hình thành một kí hiệu hoặc một lệnh (ví dụ %) nó báo cho hệ điều khiển CNC biết sẽ có
một chương trình NC theo sau.Ngoài ra dòng đầu tiên của chương trình NC cũng cho
i


bietes tên chương tình ví dụ TP0147.Hai đặc điểm này làm nhiệm vụ quản lý,lưu trữ
chương trình NC cũng như để gọi chúng trong hệ điều khiển NC.................................12
Tên chương trình NC có thê gồm các kí hiệu chữ hoặc số.Thông thường tên của chương

trình NC có 2-6 kí tự và thường được dùng nhận biết chương trình..............................12
Thân chương trình :...............................................................................................................12
Là tập hợp các câu lệnh hợp lệ,chúng chứa các thông tin về công nghệ gia công,hình dáng
hình học của chi tiết và kĩ thuật gia công.Hệ điều khiển CNC cần các thông tin này cho
từng bước gia công..........................................................................................................12
Kết thúc chương trình ..........................................................................................................12
Được lập trình bởi lệnh M30 hoặc M02..............................................................................12
Tất cả những gì mô tả trước kí hiệu % để bình luận chương trình,được hệ điều khiển bỏ
qua....................................................................................................................................12
Cấu trúc một câu lệnh :.........................................................................................................12
Mỗi câu lệnh NC bao gồm số của câu lệnh,một số các từ lệnh cũng như một dấu hiệu điều
khiển riêng biệt dùng để báo cho hệ điều khiển CNC biết câu lệnh NC đã kết thúc.Dấu
hiệu điều khiển này được kí hiệu là LF.Nó được tự động tạo ra trong chương trình NC
khi nhấn phím chấp nhận của hệ điều khiển CNC hoặc phím enter trên bàn phím.......12
Ví dụ : N75 G01 Z -10.75 S1800 T03 M08 LF...................................................................12
N75 : là số của câu lệnh........................................................................................................12
G01,Z-10.75,S1800,T03,M08 : là từ lệnh thể hiển sự di chuyển của dao,loại dao và chế độ
gia công............................................................................................................................13
LF : là kí hiệu kết thúc câu lệnh...........................................................................................13
Cấu trúc một từ lệnh :...........................................................................................................13
Một từ lệnh hình thành từ một chữ cái địa chỉ và một con số mang dấu ‘+’ hoặc dấu -.Ý
nghĩa và trình tự của cá từ lệnh được chỉ định trong chỉ dẫn lập trình của từng hệ điều
khiển CNC. Mỗi con số sẽ tùy thuộc chữ cái địa chỉ mà có ý nghĩa hoặc là một mã lệnh
hoặc là một giá trị............................................................................................................13
Ví dụ :....................................................................................................................................13
N75 : N là địa chỉ của từ lệnh, 75 là số của từ lệnh. Lệnh N75 mô tả số của câu lệnh NC 13
ii


G01 : G là địa chỉ từ lệnh,01 là số của từ lệnh. Lệnh G01 cho biết hành trình của dụng cụ

cắt là đường thẳng...........................................................................................................13
2.2. Các dạng ngôn ngữ được sử dụng trong lập trình CNC................................................13
2.2.1. ngôn ngữ lập trình tự động.....................................................................................13
2.2.2. Ngôn ngữ lập trình bằng tay (ngôn ngữ máy)........................................................16
2.3. Một số mã lệnh cơ bản...................................................................................................17
2.4. Cách tạo một chương trình CNC...................................................................................20
2.4.1. Những yêu cầu cần thiết trước khi đi vào lập trình................................................20
Chương 3.............................................................................................................................24
CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ VAI TRÒ CỦA NCK...............................................24
3.1. Tổng quan hệ điều khiển máy CNC..............................................................................24
3.1.1. Điều khiển giao diện người máy MMI...................................................................24
3.1.2. Lõi điều khiển NCK................................................................................................26
3.1.3. khối điều khiển logic PLC......................................................................................26
1.3.4. Hệ truyền động servo..............................................................................................28
3.2. Nghiên cứu về NCK.......................................................................................................31
3.2.1. Cấu trúc của NCK...................................................................................................31
3.2.2. Nguyên tắc hoạt động.............................................................................................33
3.4. Nguyên tắc thiết kế bộ NCK trong máy CNC...............................................................46
3.4.1. lõi điều khiển NCK cấu trúc theo kiểu ACDAI.....................................................46
3.4.2. Lõi điều khiển NCK cấu trúc theo kiểu ADCBI....................................................51
Chương 4.............................................................................................................................54
iii


NGHIÊN CỨU VỀ MÁY CNC DMU 50T........................................................................54
CỦA DECKEL MAHO.......................................................................................................54
4.1. Thông số kĩ thuật của máy.............................................................................................54
4.2. Hệ điều khiển ITNC 530................................................................................................54
4.3. Cấu trúc hệ điều khiển trên máy phay CNC 5 trục DMU 50T.....................................56
Như mô tả trên hình vẽ thì hệ điều khiển ITNC 530 của máy DMU 50T chia làm hai phần

chính đó là :.....................................................................................................................56
Bộ điều khiển :......................................................................................................................56
Gồm có khối MC422E (main computer) hoạt động như một máy tính đa nhiệm, CC 422đơn vị điều khiển đảm nhận nhiệm vụ điều khiển động cơ servo, khối PL 550- PLC
đặc biệt điều khiển các chức năng tuần tự......................................................................56
Các thiết bị ngoại vi :............................................................................................................56
Gồm có bảng điều khiển , màn hình hiển thị được kết nối với MC422E qua card BF150
ngoài ra còn có tay quay, đầu dò có chức năng xác định vị trí chính xác của phôi trên
bàn máy............................................................................................................................56
Nguyên tắc hoạt động của hệ :..............................................................................................56
Bước 1 : kiểm tra các điều kiện an toàn...............................................................................56
PL 550 kiểm tra toàn bộ các điều kiện an toàn của máy và trạng thái của máy như tình
trạng trục chính,vị trí bàn máy,điều khiện đóng mở cửa, các điều kiện về nguồn khí
nén, nước làm mát, trạng thái của nút dừng khẩ cấp… xem có đảm bảo điều kiện k.
Nếu các yếu tố trên đúng theo yêu cầu PL550 sẽ gửi tín hiệu báo sẵn sàng cho
MC422E cho phép máy nhận chương trình và tiếp cận điểm tham chiếu để chuẩn bị
sãn sàng gia công. Toàn bộ trạng thái và thông số làm việc của máy đều được hiển thị
trên màn hình để người sử dụng biết và có thể khắc phục lỗi........................................56
Bước 2 : Nhận chương trình và phân tích chương trình......................................................57
Nhận chương trình : có hai hình thức nhận chương trình, thứ nhất là nhận trực tiếp trên
máy thông qua bán phím TE535P, thứ hai là nhận chương trình thông qua cổng USBchương trình được lập trình sẵn trên máy tính bằng CAM và biên dịch thành ngôn ngữ
máy có thể sử dụng..........................................................................................................57
58
iv


Phân tích chương trình : hệ điều khiển sẽ kiểm tra lỗi nhập chương trình như cú pháp, các
điều kiện ràng buộc về gia công, kiểm tra lỗi cấu trúc chương trình…sau khi hoàn tất
sẽ chuyển vào MC để biên dịch chương trình................................................................58
Bước 3 : Biên dịch chương trình..........................................................................................58
Sau khi đã có chương trình theo đúng chuẩn thì MC422E sẽ tiến hành biên dịch chương

trình. Đầu tiên MC lấy chương trình trong bộ nhớ đệm ra và kiểm tra từ lệnh bằng việc
so sánh với một mã chuẩn được quy định sẵn,nếu từ lệnh được kiểm tra trùng với các
từ lệnh chuẩn MC tiếp tục kiểm tra các khối lệnh giống nhau để nhóm chúng vào một
nhóm, sau khi việc kiểm tra từ lệnh hoàn tất và không có thông báo lỗi MC sẽ tiếp tục
thực hiện M code, đây là các chức năng phụ trợ liên quan đến các điều kiện gia công.
Tiếp theo là thực hiện G code và F code là các chức năng liên quan đến hình dạng
đường gia công, chế độ gia công và tốc độ tiến dao, MC cũng sẽ nhóm các mã lệnh
giống nhau để tiện cho việc tính toán.............................................................................58
Sau đó khối biên dịch chương trình sẽ thực hiện các chức năng tính toán sơ bộ nhất như :
..........................................................................................................................................58
Tính toán phép chuyển hệ tọa độ..........................................................................................58
Tính bù sai số cho dao..........................................................................................................58
Kiểm tra các giới hạn gia công.............................................................................................58
Bước 4 : Nội suy đường gia công.........................................................................................59
Tất cả các dữ liệu liên quan đến đường gia công và chế độ gia công đều được lưu vào bộ
nhớ trong sau khi MC422E thực hiện biên dịch chương trình xong. Khối nội suy sẽ lấy
dữ liệu này làm cơ sở để tiến hành nội suy, nhiệm vụ nội suy vẫn do bộ MC422E đảm
nhận. Nó bao gồm việc phân loại các dạng đường gia công và chia chúng thành những
đường cơ bản như đường thẳng và cung tròn để từ dữ liệu cho trước có thể nội suy
chúng thành các đường gia công thực tế, để làm được điều này MC phải tính toán quy
định sự ràng buộc về sự chuyển động của các trục dưới dạng xung sao cho các động cơ
chuyển động đồng bộ với nhau để không những tạo ra dạng đường gia công mong
muốn mà còn tạo ra lực cắt và tốc độ di chuyển chính xác trên từng đoạn gia công mà
người sử dụng yêu cầu. Trong các máy CNC hiện đại với năng lực tính toán cao, từng
dạng đường gia công từ đơn giản nhất như dạng đường thẳng và cung tròn cho tới các
dạng phức tạp như prabol, spline, hàm mũ … đều được định nghĩa sẵn trong máy,
người sử dụng chỉ cần khai báo các dữ liệu tương ứng về đường và chế độ gia công thì
máy có thể chạy đúng theo dạng đường mong muốn với độ chính xác cao..................59
Bước 5 : Tiến hành gia công.................................................................................................59

v


Trước khi bắt đầu gia công thì PL550 sẽ kiểm tra lại một lần nữa về các điều kiện gia
công, trạng thái của máy, trạng thái của cửa, các điều kiện an toàn của trục chính, và
kiểm tra việc tiếp cận điểm tham chiếu đã được thực hiện chưa...................................59
Nhiệm vụ điều khiển động cơ servo để gia công được khối CC422 đảm nhiệm, nó bao
gồm việc phát xung điều khiển vị trí, tốc độ, momen cho động cơ thông qua modul
biến tần UE240B, biến tần này cấp nguồn điều khiển các động cơ servo hoạt động
đồng bộ, đồng thời đọc các giá trị phản hồi từ encoder về với tốc độ nhanh và độ chính
xác cao để báo về cho bộ nội suy....................................................................................59
Trong khi gia công, các dữ liệu về trạng thái làm việc của máy như tốc độ trục chính, tốc
độ tiến dao, tọa độ của dao…đều được phản hồi về và hiển thị trên màn hình điều
khiển................................................................................................................................59
Sau đây là sơ đồ các cổng ghép nối cơ bản của các khối trong hệ điều khiển máy DMU
50T...................................................................................................................................59

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. So sánh sự khác nhau giữa máy NC thông thường và máy CNC........................5
Bảng 2.1. Một số nhóm lệnh quan trọng.............................................................................18
Bảng 3.1. Nguyên tắc hoạt động của NCK.........................................................................34

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Máy phay CNC......................................................................................................2

Hình 1.2. Lịch sử phát triển của CNC...................................................................................3
Hình 1.3. máy NC thế hệ đầu...............................................................................................5
Hình 1.4. Khả năng gia công của máy tiện...........................................................................9
Hình 1.5. Khả năng gia công của máy phay.......................................................................10
Hình 1.6. Khả năng gia công của máy cắt laser..................................................................12
Hình 1.7. Một số sản phẩm của tạo mẫu nhanh..................................................................12
Hình 2.1. Ví dụ về ngôn ngữ APT.....................................................................................15
Hình 2.2. Các mặt phẳng chuẩn..........................................................................................16
Hình 2.3. Quá trình dịch chuyển của dao...........................................................................20
Hình 2.4. Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy....................................................................21
Hình 2.5. Hệ tọa độ trên máy CNC.....................................................................................22
Hình 3.1. Cấu thành hệ thống điều khiển CNC..................................................................24
Hình 3.2. Màn hình giao diện MMI của Fanuc và các phím điều khiển dùng...................26
cho máy phay.......................................................................................................................26
Hình 3.3. Kiến trúc và chức năng của hệ thống PLC........................................................27
Hình 3.4. Cấu tạo động cơ servo........................................................................................28
Hình 3.5. Kiến trúc hệ CNC xét trên phương diện cả phần cứng và phần mềm................31
Hình 3.6. Cấu trúc phần mềm của NCK.............................................................................32
Hình 3.7. Cấu trúc khối biên dịch chương trình.................................................................35
Hình 3.8. Thuật toán biên dịch chương trình......................................................................36
Hình 3.9. Nội suy đường thẳng dùng phương pháp phân tích vi phân số..........................38
Hình 3.10. Cách xác định tâm trong phương pháp nội suy cung tròn................................41
Hình 3.11. Nội suy bậc thang..............................................................................................42
Hình 3.12. Lưu đồ phương pháp tăng tốc giảm tốc sau nội suy........................................44
Hình 3.13. Lưu đồ của phương pháp tăng tốc giảm tốc trước nội suy..............................44
Hình 3.14. Lõi điều khiển NCK cấu trúc theo kiểu ACDAI..............................................46
Hình 3.15. Nội suy thô trong trường hợp đường nội suy là đường thẳng..........................48
Hình 3.16. Nội suy thô trong trường hợp đường nội suy là đường tròn............................49
Hình 3.17. Chức năng của nội suy thô................................................................................50
Hình 3.18. Thuật toán chọn chế độ điều khiển...................................................................50

Hình 3.19. Thuật toán tăng tốc giảm tốc theo dạng đường tương ứng..............................51
viii


Hình 3.20. Lõi điều khiển NCK cấu trúc theo kiểu ADCBI..............................................52
Hình 4.1. Máy CNC DMU 50T..........................................................................................54
Hình 4.2. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển ITNC530...........................................57
Hình 4.3. Cấu trúc hệ điều khiển trên máy pháy CNC DMU 50T.....................................58
Hình 4.4. Khối MC422E dùng trong máy DMU 50T.........................................................60
Hình 4.5. Khối CC422 được sử dụng trong máy DMU 50T..............................................61
Hình 4.6. Cấu trúc cổng ghép nối hệ điều khiển trên máy phay 5 trục DMU 50T............62
Hình 4.7. Cơ đồ biến tần ghép nối với CC MC và động sơ servo......................................63

ix


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CNC
tính
PLC
NCK
ADCAI
ADCBI
suy

Computer Numerial Control

Máy gia công điều khiển bằng máy

Program Logic Controler

Bộ điều khiển chương tình logic
Numerial Control Kernel
Lõi điều khiển số
Accerleration Deceleration After Interpreter Tăng tốc giảm tốc sau nội suy
Accerleration Deceleration Before Interpreter Tăng tốc giảm tốc trước nội

x


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật hiện nay đòi hỏi cần có
những chi tiết cơ khí phức tạp với độ chính xác cao thì công nghệ gia công kim loại cũng
đạt được một số thành tựu bằng việc áp dụng những bộ điều khiển số hiện đại vào các
máy gia công kim loại. Để đáp ứng yêu cầu đó máy CNC ra đời như một giải pháp hữu
hiệu cho việc gia công các chi tiết khó có độ chính xác cao với số lượng lớn trong thời
gian ngắn, Góp phần tiết kiệm chi phí và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Tuy máy CNC đã được phát triển từ khá lâu ở các nước tiên tiến trên thế giới nhưng nó
vẫn là một vấn đề mới mẻ ở Việt Nam. Hầu hết các máy đều được nhập nguyên chiếc từ
nước ngoài với giá thành cao, và khi có lỗi hỏng hóc thì bảo trì sửa chữa là rất khó khăn,
nhiều trường hợp khi máy hỏng những lỗi rất nhỏ nhưng cũng không thể sửa chữa mà
phải ngừng hoạt động gây lãng phí rất lớn. Với mục tiêu nghiên cứu để có những kiến
thức cơ bản về hệ điều khiển số trong máy CNC, để dần dần những kiến thức về hệ điều
khiển CNC không còn xa lạ với người Việt Nam nữa. Em xin đề xuất đề tài “ Nghiên cứu
về bộ điều khiển NCK trong máy phay CNC 5 trục “ . Đề tài của em gồm 4 chương cụ thể
như sau :
- Chương 1 : Giới thiệu về máy CNC.
- Chương 2 : Ngôn ngữ chương trình, cấu trúc và cách lập trình cho máy CNC.
- Chương 3 : Cấu trúc hệ điều khiển và vai trò của NCK .
- Chương 4 : Nghiên cứu về máy CNC DMU 50T của deckel maho.
Trong quá trình là đồ án em được thầy TS. Nguyễn Quang Địch trưc tiếp hướng

dẫn rất chi tiết và nhiệt tình,em xin cảm ơn thấy rất nhiều.
Khi viết em đã cố gắng rất nhiều để hoàn chỉnh đồ án nhưng do kiến thức và thời
gian cóc hạn chắc chắn không tránh khỏi sai xót vì vậy em rất mong sự thông cảm và
gióp ý của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn !

1


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ MÁY CNC
1.1. Giới thiệu chung
CNC là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Computer Numerical Control, nghĩa là máy
gia công được điều khiển bằng máy tính. Chỉ đến những máy gia công kim loại được tích
hợp thêm bộ điều khiển số,có khả năng tự động gia công dưới sự lập trình của con người.

Hình 1.1. Máy phay CNC
Máy ra đời với mục đích gia công các chi tiết khó với độ chính xác cao và rút ngắn
thời gian sản xuất,bằng việc ứng dụng những thành tựu tiên tiến của ngành điều khiển tự
động hóa trong những năm gần đây.Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay
đổi việc sản xuất công nghiệp.Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng,
các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do
con người thực hiện được giảm thiểu.Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất
với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về độ chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự
động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công
việc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong việc lập trình thay đổi các chế độ gia
2

Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

công để phù hợp với các chi tiết có hình dạng khác nhau. Trong môi trường sản xuất, một
loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên
một bộ phận. Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm
CAM, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không
cần các bản vẽ in của từng chi tiết. Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống
robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác sản xuất (trong
tầm giới hạn).

1.2. Lịch sử phát triển
Lịch sử phát triển của CNC qua hơn 60 năm được tóm tắt bằng hình sau:
Năm 1949, John Parson bắt đầu nghiên cứu máy phay NC 3 trục tại
phòng thí nghiệm cơ điện tử của học viện công nghệ
Masachusette

Hình 1.2. Lịch sử phát triển của CNC
Năm 1954, máy NC được ứng dụng vào sản xuất. Tuy nhiên, thế hệ
máy NC đầu sử dụng các cáp logic trong hệ thống. Phương pháp điều
khiển theo điểm và đường thẳng. Việc điều khiển mang tính cứng.
Không có quan hệ hàm số giữa chuyển động và tọa độ nên chỉ gia công
được các chi tiết đơn giản.
Do dó nghiên cứu để thay thế thành phần phần cứng bằng thành phần phần mềm đã
được tiến hành. Sự tiến bộ của công nghệ ngành điện trong những năm 1970 – 1980.
Nhất là hệ thống NC đã trở thành một hệ thống CNC có chức năng được thực hiện bởi
một vi xử lý. Tuy nhiên , hệ thống CNC là một hệ thống kín mà người dùng không thể
thêm các chức năng tùy chỉnh vào hệ thống CNC

3

Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

Trong những năm 1990, một nỗ lực đã được thực hiện để thay đổi hệ thống CNC kín
sang một kiến trúc điều khiển mở ( OAC) , mà là một hệ thống CNC dùng theo định
hướng người dùng và PC-based open CNC bao gồm một máy tính và VME đã được giới
thiệu như là bộ điều khiển kiến trúc mở. Tuy nhiên, PC-based open CNC đã không đạt
được mức độ mở hoàn hảo để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu khác nhau ủa người dùng từ
các phần cứng và phần mềm.
Trong những năm đầu của thế kỉ 21 với sự phát triển của ngành khoa học máy tính,
người ta đã tích hợp bộ điều khiển máy NC bằng một máy tính (computer), và một thế hệ
máy mới ra đời lấy tên là máy điều khiển chương trình số CNC. Việc điều khiển trở nên
mềm hóa,có thể dễ dàng lập trình và thay đổi chương trình,tốc độ tính toán và xử lý
nhanh.Gia công được trên nhiều mặt có hình dạng phức tạp. Phương pháp điều khiển
theo đường biên được thực hiện bằng bộ nội suy. Có quan hệ hàm số giữa chuyển động
và tọa độ. Chương trình được soạn thảo tỉ mỉ hơn và có thể gia công được các chi tiết
phức tạp.Phát triển các máy CNC 3 trục,5 trục,7 trục,9 trục có thể gia công được hầu
như tất cả các vật thể yêu cầu độ khó cao.

1.3. Ưu nhược điểm của máy CNC

4


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

1.3.1. Sự khác nhau giữa máy NC,CNC và các máy công cụ thông thường

Hình 1.3. máy NC thế hệ đầu

Bảng 1.1. So sánh sự khác nhau giữa máy NC thông thường và máy CNC

5


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

Cách
nhập dữ
liệu

Cách
điều
khiển

Máy công cụ Máy công cụ NC
thông thường

Máy công
CNC

Người công nhân Chương trình NC được
điều chỉnh máy nhập vào hệ điều khiển
công cụ bằng tay bởi băng đục lỗ.
dựa theo nhiệm vụ
sản xuất và bản vẽ
chi tiết,gá phôi và
dụng cụ cắt cũng
như điều chỉnh độ
song song giữa dao

và chi tiết

Chương trình NC có
thể được nhập vào hệ
điều khiển CNC thông
qua bàn phím,đĩa
hoặc
cổng
giao
tiếp(seriell,bus). Hoặc
tải trực tiếp dữ liệu từ
phần mềm CAM.
Nhiều chương trình
NC được lưu trong 1
bộ nhớ như đĩa cứng.

Điều khiển bằng Điều khiển NC:

Điều khiển CNC:

tay:
Người công nhân
cài đặt các thông
số công nghệ (số
vòng quay,lượng
chạy dao…) và
điều khiển việc gia
công thông qua các
tay quay.

cụ

Điều khiển NC xử lý
Máy tính và phần
các thông tin về đường mềm tương ứng tích
dịch chuyển và các hợp trong máy CNC
chức năng máy trong làm nhiệm vụ điều
chương trình NC trên khiển và điều chỉnh
băng đục lỗ và đưa ra máy công cụ CNC.
Bộ lưu trữ chương trình,
các tín hiệu điều khiển
tương ứng tới từng bộ chương trình con,dữ
liệu máy,kích thước
phận
dụng cụ cắt và các giá
trị hiệu chỉnh cũng
như các chu tình gia
công được sử dụng.
Có tích hợp cả phần
mềm phân tích lỗi và
báo lỗi.

6


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

Kiểm
tra

Người công nhân
đo và kiểm tra kích
thước bằng tay,nếu
cần phải lập lại
tiến trình gia công

Máy NC đã đảm nhận
trong khi gia công đạt
các kích thước chi tiết
bởi sự phản hồi thường
xuyên của hệ thông đo
và của mô tô vị trí

Máy CNC đảm nhận
việc kiểm tra bằng
cách liên tục nhận tín
hiệu phản hồi từ hệ
thống đo và các cảm
biến do đó các kích
thước gia công được
đảm bảo chính xác

1.3.2. Ưu điểm
o Tự động hóa sản xuất,hiệu quả kinh tế cao.
Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong nhiều ngành
khác như may mặc, giày dép, điện tử v.v. Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ tự
động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậm chỉ không còn phải can thiệp vào
hoạt động của máy. Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có thể tự động
chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác.
Thứ nữa, ít xảy ra hỏng hóc do lỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác,

người vận hành không đòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển
máy công cụ truyền thống
- Lập trình được trực tiếp trên máy bởi khả năng nhập bằng tay
- Việc đảm trách ở bộ phận chuẩn bị sản xuất cho việc lập trình,săn sàng vật liệu
cũng như dụng cụ cắt và nhập các dữ liệu được thực hiện tại chỗ làm việc
- Lưu trữ trong các trường hợp gia công lặp lại của một chương trình gia công chi
tiết đặcbiệt dưới dạng chương trình con.
- Tối ưu hóa chương trình NC trong hệ điều khiển
o Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm
Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ
phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được. Một khi chương trình
gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo cho ra hàng loạt sản
phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất. Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất
công nghiệp quy mô lớn
- . Chất lượng chi tiết gia công ổn định,ít phế phẩm
Làm tăng độ chính xác gia công do cấp chính xác cao của máy (1/1000mm độ chính
xác đo

7


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

o

Linh hoạt

Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương
trình gia công mới. Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM giúp người lập trình dễ
dàng thay đổi hình dạng và chỉnh sửa các đường gia công theo ý muốn,ngoài ra còn có

thể chạy thử để giảm thiểu đến mức ít nhất những sai xót khi gia công thức tế, công nghệ
CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay đổi nhanh
chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng.
o Giảm diện tích mặt bằng
Có những máy CNC được tích hợp cho phép thao tác được nhiều nguyên công
khác nhau trên một máy,điều mà các máy công cụ thông thường không làm được.Do đó
giảm đáng kể diện tích mặt bằng được sử dụng.Nhiều máy CNC có hợp với nhau tạo lên
một tổ hợp sản xuất liên tục
1.3.3. Nhược điểm
o Giá thành cao
Hiện nay để có được một máy CNC 3 trục,5 trục 7 trục tầm trung cũng phải đầu
tư 3-5-7 tỷ đồng như vậy là một thách thức đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ,do tỷ lệ
nội địa hóa không cao,hầu hết là phải nhập nguyên chiếc từ nước ngoài.
o Sửa chữa khó
Ngoài giá thành ra thì vấn đề bảo trì sửa chữa,chỉnh định trong quá trình hoạt
động đối với các máy CNC là rất khó khăn,có những tình trạng đáng buồn là một số mày
CNC bị hỏng những lỗi nhỏ thôi những cũng không thể sửa chữa mà phải dừng hoạt động
do đây là một lĩnh vực tuy đã phát triển khá lâu ở các nước tiên tiến,nhưng lại là một vấn
đề còn mới mẻ ở Việt Nam chính vì thế nên đội ngũ kĩ thuật có chuyên môn sâu rất ít hầu
hết là phải mời chuyên gia từ nước ngoài.Dẫn đến chi phí sửa chữa và bảo trì cao các
doanh nghiệp cũng vì nguyên nhân này mà còn dè dặt trong việc đầu tư vào mày CNC.
o Phải chọn và huấn luyện đội ngũ NC
Đội ngũ NC có thể thiết kế chương trình gia công,lập kế hoạch sản xuất và vận
hành máy CNC không phải là những công nhân cơ khí thông thường mà phải là những
người có chuyên môn,và hiểu biết sâu về máy CNC phải được đào tạo trong thời gian dài
và kết hợp với làm thực tế thì mới có thể vận hành được máy hoạt động tốt theo yêu cầu
công nghệ.

1.4 Ứng dụng trong thực tế của công nghệ CNC
Vì những đặc tính kĩ thuật vượt trội của mình máy CNC có rất nhiều ứng dụng trong

thực tế.

8


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

•Gia công tiện,phay,mài,khoan, những chi tiết cơ khí phức tạp
• Khả năng gia công của máy tiện ( hình 1.4)

Hình 1.4. Khả năng gia công của máy tiện
• Khả năng gia công của máy phay CNC (hình 1.5)
Đặc điểm:
Ba trục NC thẳng và một bàn trong quay được để gia công 4 mặt trên phôi
có hình khối vuông trên một lần gá.
Có thể thực hiện mọi công việc(phay,khoan,tiện,cán phẳng,cắt ren) với kết
cấu mở rộng phù hợp có thể phay biên dạng,khoan nghiêng hoặc tiện ren
Có thêm các thiết bị thay đổi phôi để giảm thời gian đứng máy do phải thay
đổi phôi gia công
o Máy cắt laser( hình 1.6)
Khả năng gia công trên máy cắt laser là một dạng cắt đốt cháy tinh bằng cách
dùng một tia ánh sáng không nhìn thấy làm cho vật liệu gia công nòng chẩy và tận
dụng phả ứng tỏa nhiệt với oxy để cắt tấm tôn với chiều dày 6mm.

9


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

Hình 1.5. Khả năng gia công của máy phay

Ưu thế của phương pháp cắt đốt so với cắt bằng:
Vết cắt hẹp khoảng chừng 0.2-0.4mm
Vùng tác động rất bé khoảng 0.1mm
Vết cắt sắc cạnh không bị vê tròn,không có ba via.
Độ nhám bề mặt của vết cắt thấp
Tốc độ cắt cao
ứng dụng thuận tiện cho tấm tôn mỏng.
không cần dụng cụ nên không có hiện tượng mòn dụng cụ
không cần lực tác động
tốc độ cắt cao ít tiếng ồn
tạo được các khe,rãnh thủng hẹp mảnh.

10


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

o Máy tạo mẫu nhanh
Nguyên lý chung:
Vật liệu được đưa vào và liên kết với nhau để tạo thành mẫu không phải cắt
gọt vật liệu như các phương pháp gia công truyền thống(phay,tiện,bào..)
Trực tiếp tạo ra các mẫu thực từ mô hình CAD
Mẫu được tạo thành theo từng lớp,lớp sau được tạo nên trên nền của lớp
trước
Đặc điểm chung:
Giảm được đáng kể thời gian gia công với các chi tiết có kích thước vừa
phải và độ phức tạp cao.
Cho phép tạo mẫu các vật thể có hình dạng phức tạp mà không thể gia công
bằng các phương pháp gia công cắt gọt thông thường.
Hạn chế:

Kích thước vật thể tạo mẫu bị hạn chế khoảng 0.125 m3
Vật liệu dùng trong công nghệ tạo mẫu nhanh bị hạn chế và phụ thuộc vào phương
pháp sử dụng
o Ngoài ra công nghệ NC còn được sử dụng trong một số lĩnh vực khác như:
Máy dập
Máy hàn
In bản vẽ tự động
Máy nắp ráp
Máy uốn ống
Máy cắt gió đá
Máy cắt lasme
Máy đan tự động (thêu)
Máy cắt quần áo
Máy tán đinh tự động

11


Chương 1. Giới Thiệu Về Máy CNC

Hình 1.6. Khả năng gia công của máy cắt laser
Một số sản phẩm của tạo mẫu nhanh ( hình 1.7)

Hình 1.7. Một số sản phẩm của tạo mẫu nhanh

12


Chương 2. Cấu trúc chương trình, ngôn ngữ và cách lập trình cho máy CNC

Chương 2
CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH, NGÔN NGỮ VÀ
CÁCH LẬP TRÌNH CHO MÁY CNC
2.1 cấu trúc chương trình
Một chương trình NC hoàn chỉnh bao gồm ba phần :
Mở đầu chương trình : tên chương trình
Thân chương trình : trình tự các câu lệnh NC với các thông tin gia công như
hệ tọa độ được áp dụng,dao cắt,quỹ đạo đường chạy dao,tọa độ các điểm mà dao đi qua,
các chế độ làm mát…
Kết thúc chương trình
o Bắt đầu chương trình :
Hình thành một kí hiệu hoặc một lệnh (ví dụ %) nó báo cho hệ điều khiển CNC
biết sẽ có một chương trình NC theo sau.Ngoài ra dòng đầu tiên của chương trình NC
cũng cho bietes tên chương tình ví dụ TP0147.Hai đặc điểm này làm nhiệm vụ quản
lý,lưu trữ chương trình NC cũng như để gọi chúng trong hệ điều khiển NC.
Tên chương trình NC có thê gồm các kí hiệu chữ hoặc số.Thông thường tên của
chương trình NC có 2-6 kí tự và thường được dùng nhận biết chương trình
o Thân chương trình :
Là tập hợp các câu lệnh hợp lệ,chúng chứa các thông tin về công nghệ gia
công,hình dáng hình học của chi tiết và kĩ thuật gia công.Hệ điều khiển CNC cần các
thông tin này cho từng bước gia công.
o Kết thúc chương trình
Được lập trình bởi lệnh M30 hoặc M02
Tất cả những gì mô tả trước kí hiệu % để bình luận chương trình,được hệ điều khiển bỏ
qua.
o Cấu trúc một câu lệnh :
Mỗi câu lệnh NC bao gồm số của câu lệnh,một số các từ lệnh cũng như một dấu hiệu
điều khiển riêng biệt dùng để báo cho hệ điều khiển CNC biết câu lệnh NC đã kết
thúc.Dấu hiệu điều khiển này được kí hiệu là LF.Nó được tự động tạo ra trong chương
trình NC khi nhấn phím chấp nhận của hệ điều khiển CNC hoặc phím enter trên bàn phím

Ví dụ : N75 G01 Z -10.75 S1800 T03 M08 LF
N75 : là số của câu lệnh
12


Chương 2. Cấu trúc chương trình, ngôn ngữ và cách lập trình cho máy CNC

G01,Z-10.75,S1800,T03,M08 : là từ lệnh thể hiển sự di chuyển của dao,loại dao
và chế độ gia công.
LF : là kí hiệu kết thúc câu lệnh
o Cấu trúc một từ lệnh :
Một từ lệnh hình thành từ một chữ cái địa chỉ và một con số mang dấu ‘+’ hoặc dấu
-.Ý nghĩa và trình tự của cá từ lệnh được chỉ định trong chỉ dẫn lập trình của từng hệ điều
khiển CNC. Mỗi con số sẽ tùy thuộc chữ cái địa chỉ mà có ý nghĩa hoặc là một mã lệnh
hoặc là một giá trị.
Ví dụ :
N75 : N là địa chỉ của từ lệnh, 75 là số của từ lệnh. Lệnh N75 mô tả số của câu
lệnh NC
G01 : G là địa chỉ từ lệnh,01 là số của từ lệnh. Lệnh G01 cho biết hành trình
của dụng cụ cắt là đường thẳng.

2.2. Các dạng ngôn ngữ được sử dụng trong lập trình CNC
Về ngôn ngữ lập trình cho máy CNC người ta chia làm hai loại: ngôn ngữ lập tình
bằng tay và ngôn ngữ lập trình tự động.
Đối với ngôn ngữ lập trình bằng tay,về cơ bản thì hiện nay đã được chuẩn hóa bởi
ISO.Tuy nhiên cũng có một sô quốc gia,một số hãng chế tạo máy vẫn có một số mã code
riêng khác với tiêu chuẩn mà chỉ có thể dùng thích hợp trên các thiết bị đó.Đây cũng là
một trong những vấn đề gây khó khăn và trở ngại cho cán bộ lập trình vì thói quen sử
dụng ngôn ngữ đã có trước đó,đặc biệt là khi nhà máy xí nghiệp của họ có rất nhiều loại
máy của nhiều hãng sản xuất khác nhau.Vì thế,đây cũng là một vấn đề mà các nhà đầu tư

cần phải tính đến khi mua sắm máy CNC.
2.2.1. ngôn ngữ lập trình tự động
Với ngôn ngữ lập trình bằng máy tính hay còn gọi là ngôn ngữ lập trình tự động,thì
về cơ bản đều dựa theo chuẩn thông nhất-Đó là ngôn ngữ lập trình tự động
ATP(Automatically Programmed Tools : công cụ lập trình tự động).Ngôn ngữ này được
phát triển tử viện công nghệ Illinoi của Mỹ.Hiện nay nó được sự dụng và phổ biến
nhất.Với APT,cho phép lập tình với các máy 5D với độ dài 3000 từ.
APT bao gồm những nhóm cơ bản sau:
Mô tả kích thước và hình dáng hình học của chi tiết gia công.
Mô tả trình tự và quỹ đạo chuyển động của dụng cụ cắt
Điều khiển cơ cấy máy cũng như thay đổi các thông số cắt gọt
Bổ xung các chức năng chuyên dụng như chu trình ăn dao,bù dao và các
chức năng chuyển tiếp khác.
13


Chương 2. Cấu trúc chương trình, ngôn ngữ và cách lập trình cho máy CNC

Về thức chất,ngôn ngữ APT là biểu diễn một chương trình gia công bằng cách môt
tả các hoạt động của dao cùng với các hoạt động của nó bằng các câu lệnh trên cơ sở viết
tắt của các từ trong tiếng Anh.
Ví dụ:
Mô tả kích thước và hình dáng hình học
Điểm
P = POINT.(P1/20.0,10.0,0.0;P2/15.23,20.5,2.7)
Đường thằng
L=LINE.(L1/P1,P2;L2/P1,ATANG26).
Đường tròn
C=CIRCLE/X,Y,R=CIRCLE/CENTER,P1,RADIS,R.
điểm đặc biệt :

P=POINT/INTOF,L 1,L2(điểm cắt nhau của hai đường
L 1,L2).
Đường đặc biệt
L=LINE/P2,PARLEL,L3(đường qua P2 và song song với
L3).
Mặt phẳng
PL=PLANE.(PL1/P1,P2,P3 :mặt phẳng qua ba điểm
P1,P2,P3).
Ví dụ :
L1=LINE/10,15,0,25,40,0
// định nghĩa đường thằng L1 đi qua hai điểm có
tọa độ tương ứng X,Y,Z là 10,15,0 và 25,40,0.
D5=LINE/P1,PARLEL,D1 // Định nghĩa Đường thẳng D5 đi qua điểm P1 và
song song với đường thẳng D1
D10= LINE/RIGHT.TANTO,C1.LEFT,TANTO,C2
// Định nghĩa đường
thằng D10 tiếp tuyến với vòng tròng C1 phía bên phải và tiếp tuyến với
vòng tròn C2 phía bến trái.
• Quỹ đạo chuyển động
Lệnh dịch chuyển : GOTO (GOTO/P 1 dịch chuyển đến điểm P1).
(FROM/TARG từ điểm xuất phát).
(GODLTA tăng tốc độ dịch chuyển dụng cụ).
Lệnh bù dao:
TLIFT (dao cắt phía bên trái chi tiết)
TLON (không bù dao)
TLRGH (dao cắt phía bên phải chi tiết).
Các mặt phẳng chuẩn:
DS (Driver surface: Mặt định hướng dao cắt).
PS (Part surface:mặt đáy của dao).

14