Luân văn lập trình máy CNC 5 trục bằng solidcam

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................................... 1
1.1. Sơ lược về máy CNC ..................................................................................................... 1
1.1.1. Lịch sử ....................................................................................................................... 1
1.1.2. Sự phát triển .............................................................................................................. 3
1.1.3. Các lợi ích khi sử dụng máy CNC ............................................................................ 4
1.2. Cấu tạo cơ bản của một máy CNC .............................................................................. 5
1.2.1. Bộ phận thay dao tự động (ATC) .............................................................................. 5
1.2.2. Vỏ máy ...................................................................................................................... 5
1.2.3. Hệ điều khiển ............................................................................................................ 6
1.2.4. Bàn xe dao ................................................................................................................. 6
1.2.5. Trục chính ................................................................................................................. 6
1.2.6. Nguồn (năng lượng) .................................................................................................. 7
1.3. Hệ điều khiển CNC ....................................................................................................... 7
1.3.1. Hệ điều khiển điểm – điểm ....................................................................................... 7
1.3.2. Điều khiển đoạn thẳng............................................................................................... 8
1.3.3. Điểu khiển đường (tuyến tính, phi tuyến) ................................................................. 9
1.4. Máy phay CNC 3 trục ................................................................................................ 12
1.5. Máy phay CNC 5 trục ................................................................................................ 14
1.6. Ưu, nhược điểm và ứng của máy CNC 5 trục .......................................................... 15
1.6.1. Ưu điểm ................................................................................................................... 15
1.6.2. Nhược điểm ............................................................................................................. 15
1.6.3. Ứng dụng ................................................................................................................. 16
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CNC 5 TRỤC ......................................................... 18
2.1. Hệ trục toạ độ trên máy CNC 5 trục ......................................................................... 18
2.1.1. Cấu hình 1: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính ........................ 19
2.1.2. Cấu hình 2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy .......................... 20
2.1.3. Cấu hình 3: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục chính
........................................................................................................................................... 22
2.2. Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục.................................................................. 22
2.2.1. Lập trình bằng tay ................................................................................................... 22

2.2.2. Lập trình tự động ..................................................................................................... 23


2.3. Chương trình điều khiển ............................................................................................ 25
2.3.1. Ký hiệu (Address Works) ........................................................................................ 25
2.3.2. G-code ..................................................................................................................... 25
2.3.3. M-code .................................................................................................................... 27
2.4. Giới thiệu các loại máy CNC 5 trục thông dụng trên thị trường ........................... 27
2.4.1. Mikron ucp 600 ....................................................................................................... 28
2.4.2. Hermle C30 ............................................................................................................. 28
2.4.3. Dòng máy Hurco 5 axis (điển hình là Hurco 60 SRTi) ........................................... 29
2.4.4. Dòng máy Okuma MU-V series.............................................................................. 30
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SolidCAM......................................................... 32
3.1. Giới thiệu về SolidWorks và SolidCAM................................................................. 32
3.1.1. SolidWorks .............................................................................................................. 32
3.1.2. SolidCAM ............................................................................................................... 35
3.2. Các chức năng của phần mềm SolidCAM ................................................................ 37
3.2.1. Phay 2.5D (2.5D Milling) ....................................................................................... 37
3.2.2. Phay 3D (3D Milling) ............................................................................................. 38
3.2.3. Gia công tốc độ cao HSM (High Speed Machining) .............................................. 39
3.2.4. Gia công nhiều mặt 3+2 trục (3+2 Axis Multi-Sided Machining) .......................... 40
3.2.5. Gia công đồng thời 5 trục (Simultaneous 5-Axis Machining) ................................ 41
3.2.6. Tiện (Turning) ......................................................................................................... 42
3.2.7. Phay tiện kết hợp (Mill –Turn)................................................................................ 42
3.2.8. Gia công tia lửa điện 2/4 trục (2/4 Axis Wire –EDM) ............................................ 43
3.2.9. Gia công thông minh iMachining............................................................................ 43
3.3. Quy trình gia công và tạo lập chương trình NC trên SolidCAM ........................... 45
3.4. Các chiến lược gia công đồng thời 5 trục trên SolidCAM ...................................... 47
3.4.1. Parallel cuts ............................................................................................................. 48
3.4.2. Parallel to curves ..................................................................................................... 48

3.4.3. Parellel to surface .................................................................................................... 49
3.4.4. Morph between two adjacent surfaces .................................................................... 49
3.4.5. Perpendicular to curve ............................................................................................. 50
3.4.6. Morph between two boundary curves ..................................................................... 50
3.4.7. Projection ................................................................................................................ 51
3.5. Thiết kế sản phẩm cánh quạt turbin (impeller) ....................................................... 54


CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG GIA CÔNG TRÊN PHẦN MỀM SolidCAM ........................ 64
4.1. Lập sơ đồ nguyên công ............................................................................................... 64
4.1.1. Phân tích chi tiết gia công ....................................................................................... 64
4.1.2. Chọn vật liệu gia công ............................................................................................. 64
4.1.3. Xác định phương pháp chế tạo phôi ........................................................................ 65
4.1.4. Tiến trình gia công bề mặt....................................................................................... 67
4.2. Thiết kế các nguyên công ........................................................................................... 70
4.2.1. Nguyên công 1 ........................................................................................................ 70
4.2.2. Nguyên công 2 ......................................................................................................... 71
4.2.3. Nguyên công 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ................................................................................ 72
4.2.4. Nguyên công 10 ...................................................................................................... 72
4.3. Lượng dư gia công, chế độ cắt cho từng nguyên công ............................................. 73
4.3.1. Lượng dư gia công .................................................................................................. 73
4.3.2. Chế độ cắt ................................................................................................................ 74
4.4. Lập trình gia công trên SolidCAM ........................................................................... 76
4.4.1. Nguyên công 1 (phay phá) ...................................................................................... 76
4.4.2. Nguyên công 2 (phay thô) ....................................................................................... 84
4.4.3. Nguyên công 3 (phay tinh Blade 1) ........................................................................ 96
4.4.4. Nguyên công 4 (phay tinh Blade 2) ........................................................................ 98
4.4.5. Nguyên công 5&6 (Fillet) ....................................................................................... 99
4.4.6. Nguyên công 7 (Phay tinh Hub) ............................................................................ 101
4.4.7. Nguyên công 8&9 (Phay Shroud& Splitter) ......................................................... 103

4.4.7. Nguyên công 10(Phay tinh Cylinder).................................................................... 108
4.5. Kiểm tra mô phỏng gia công .................................................................................... 110
4.6. Xuất file chương trình gia công ............................................................................... 111
KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 114


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về máy CNC
Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là những công cụ gia công kim loại có thể
tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại. Phát triển nhanh chóng
với những tiến bộ trong máy tính, chúng ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy
phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, nhiều công cụ công nghiệp khác. Thuật ngữ
CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển
động và thực hiện quá trình gia công kim loại.
1.1.1. Lịch sử
Chiếc máy tiện gia công kim loại thực tế đầu tiên mới được Henry Maudslay phát minh
vào năm 1800. Nó chỉ đơn giản là một công cụ máy giữ mẫu kim loại đang được gia công
(hay phôi) trong một bàn kẹp hay trục quay và quay mẫu kim loại này. Vì vậy, một công cụ
cắt có thể gia công bề mặt theo đường mức mong muốn. Công cụ cắt này được nhân viên vận
hành vận dụng qua việc sử dụng cái quay tay hay vô lăng. Độ chính xác về kích cỡ được nhân
viên vận hành điều khiển bằng cách quan sát đĩa chia độ trên vô lăng và di chuyển công cụ cắt
theo số lượng hợp lý. Mỗi chi tiết được sản xuất ra đòi hỏi vận hành viên lặp lại những cử
động trong cùng trình tự và với cùng kích thước.
Chiếc máy phay đầu tiên được vận hành theo cách thức tương tự như vậy, ngoại trừ công
cụ cắt được đặt ở trục chính đang quay. Phôi được lắp trên bệ máy hay bàn làm việc và di
chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đường mức của phôi. Chiếc
máy phay này do Eli Whitney phát minh năm 1818.

Hình 1.1: Máy phay do Eli Whitney phát minh năm 1818.
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

1


Luận văn tốt nghiệp

Những chuyển động được sử dụng trong các công cụ máy được gọi là trục và đề cập đến 3
trục: “X” (thường từ trái qua phải), “Y” (trước ra sau) và “Z” (trên và dưới). Bàn làm việc
cũng có thể được quay theo mặt ngang hay dọc, tạo ra trục chuyển động thứ tư. Một số máy
còn có trục thứ năm, cho phép trục quay theo một góc.
Một trong những vấn đề của những dòng máy ban đầu này là chúng đòi hỏi nhân viên vận
hành phải sử dụng vô lăng để tạo ra mỗi chi tiết. Ngoài tính nhàm chán và gây mệt mỏi về thể
chất, khả năng chế tạo các chi tiết của vận hành viên cũng bị hạn chế. Chỉ một khác biệt nhỏ
trong vận hành sẽ dẫn đến những thay đổi trong kích thước trục và khi đó, tạo ra những chi
tiết không phù hợp. Mức độ kim loại vụn được tạo ra từ những hoạt động như vậy là khá cao,
lãng phí nguyên liệu thô và thời gian lao động. Khi số lượng sản xuất tăng lên, càng có nhiều
chi tiết bị hỏng. Do đó, điều cần thiết ở đây là một phương tiện vận hành các chuyển động của
máy một cách tự động.
Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T. Parsons cuối những năm
1940 và đầu những năm 1950. Sau Thế chiến II, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực
thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp. Parsons sớm
nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ông đã có thể tạo ra những thanh
dẫn đường mức chính xác hơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằng tay và sơ đồ. Sử dụng
một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác,
chiếc máy được chế tạo cực kì lớn, phức tạp và đắt đỏ. Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự
động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp

máy bay.
Đến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tự động giảm đến
một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. Những chiếc
máy này sử dụng các động cơ truyền động điện một chiều để vận dụng vô lăng và vận hành
dao cụ. Các động cơ này nhận chỉ dẫn điện từ một đầu đọc băng từ – đọc một băng giấy có
chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng lỗ. Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra
những xung điện cần thiết để quay động cơ với thời gian và tốc độ chính xác, trong thực tế nó
điều khiển máy giống như nhân viên vận hành.
Năm 1947, John Parsons quản lý một hãng sản xuất hàng không ở thành phố Traverse,
Michigan. Đối mặt với tính phức tạp ngày càng cao của hình dạng chi tiết và những vấn đề về
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

2


Luận văn tốt nghiệp

toán học và kỹ thuật mà họ gặp phải, Parsons đã tìm ra những biện pháp để giảm chi phí kỹ
thuật cho công ty. Ông đã xin phép International Business Machine sử dụng một trong những
chiếc máy tính văn phòng trung ương của họ để thực hiện một loạt các phép toán cho một
cánh máy bay trực thăng mới. Cuối cùng, ông đã dàn xếp với Thomas J. Watson, chủ tịch
huyền thoại của IBM, nhờ đó IBM sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra một chiếc máy
được điều khiển bởi các thẻ đục lỗ. Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ sư ở Phòng thí nghiệm
cơ cấu phụ thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án. Phòng thí nghiệm
MIT đã nhận thấy đây là một cơ hội tốt để mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển và cơ
cấu phản hồi. Việc phát triển thành công các công cụ máy CNC đã được các nhà nghiên cứu
của trường đại học đảm trách với mục tiêu đáp ứng nhu cầu của các nhà bảo trợ quân đội.
Với những tiến bộ trong điện tử tích hợp, băng từ đã bị loại bỏ và nếu có thì chỉ được sử
dụng để tải (load) các chương trình vào bộ nhớ từ. Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng

cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Để đặt
thông tin này vào bộ nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể hiểu được.
Chương trình có thể bao gồm các lệnh “mã hóa”, như “M03” – hướng dẫn bộ điều khiển
chuyển trục chính tới một vị trí mới hay “G99” – hướng dẫn bộ điều khiển đọc một đầu vào
phụ từ một quá trình nào đó trong máy. Các lệnh mã hóa là phương thức phổ biến nhất để lập
trình một công cụ máy CNC.
Tuy nhiên, sự tiến bộ trong máy tính đã cho phép các nhà sản xuất công cụ máy tạo ra
“lập trình hội thoại”. Trong lập trình hội thoại, lệnh “M03” được nhập đơn giản như “MOVE”
và “G99” là “READ”. Kiểu lập trình này cho phép đào tạo nhanh hơn và nhân viên lập trình
không phải nhớ nhiều ý nghĩa của mật mã.
Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy. Thiết bị mới nhất
có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ, đường vận
chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình.
1.1.2. Sự phát triển
Trên thế giới những nước có ngành công nghiệp chế tạo CNC phát triển là Đức, Thụy Sỹ,
Mỹ và Nhật Bản. Những nước khác như Pháp, Anh, Ý, Tây Ban Nha cũng xếp sau những
hạng tiếp theo. Những hướng phát triển cao nhất và mới nhất của máy CNC thuộc vào các

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

3


Luận văn tốt nghiệp

nước hàng đầu. Có thể tóm gọn những hướng phát triển máy công cụ của những nước này
theo 5 hướng:
1) Phát triển các máy tiện CNC thành trung tâm tiện phay CNC để tập trung nguyên
công.

2) Phát triển máy CNC điều khiển 5 trục.
3) Phát triển máy CNC hoàn toàn mới, dạng HEXAPOD có trục ảo.
4) Phát triển máy công cụ cho công nghệ cắt cao tốc HSC (High Speed Cutting).
5) Các máy CNC cho hệ thống công nghệ có cấu hình thay đổi nhanh RMS
(Reconfigurable Manufacturing System).
Các loại máy CNC sẽ có một tương lai bùng nổ mạnh mẽ. Một ý tưởng đang được phát
triển là một chiếc máy có trục chính được treo lên bởi sáu thanh giằng vít me bi lồng vào
nhau. Chuyển động của trục chính được điều khiển bởi một máy tính phức tạp có khả năng
thực hiện hàng triệu phép tính để đảm bảo đường mức chi tiết chính xác. Phải mất vài triệu đô
la để phát triển và sử dụng toán học độc quyền cấp độ cao. Chiếc máy này hứa hẹn khả năng
thực hiện những hoạt động chưa từng nghe thấy trong gia công kim loại. Sự tiến bộ trong máy
tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những chiếc máy CNC tương lai nhanh hơn và dễ
vận hành hơn. Tất nhiên, giá của những chiếc máy như vậy chắc chắn sẽ không rẻ và có thể
vượt quá tầm với của nhiều công ty. Tuy nhiên, nó sẽ đưa giá của những máy CNC cơ bản
thực hiện những chuyển động 3 trục ban đầu xuống một mức độ nhất định.

1.1.3. Các lợi ích khi sử dụng máy CNC
Gồm ba lợi ích cơ bản của máy CNC
1.1.3.1. Tự động hóa sản xuất
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 chí 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. Thêm 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 cao như điều khiển máy công cụ truyền thống.
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

4

Luận văn tốt nghiệp

1.1.3.2. 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 tạo sản phẩm với chất lượng đồng nhất.
Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn.
1.1.3.3. 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, 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.
1.2. Cấu tạo cơ bản của một máy CNC
1.2.1. Bộ phận thay dao tự động (ATC)
Đây là điều quan trọng để ATC thay đổi dụng cụ trong phạm vi trục chính càng nhanh
càng tốt. Bằng sự thích ứng của quá trình điều khiển và động cơ, ATC sẽ đưa dao ra khỏi trục
chính một cách chính xác. Một hệ thống ATC tốt có khả năng làm giảm thời gian dừng máy
và làm tăng năng suất.

Hình 1.2: Hệ thống thay dao tự động ATC
1.2.2. Vỏ máy
Khi đế máy là nền tảng của một máy trung tâm, nó cần nặng, chắc chắn và tốt hơn. Giá
của nó có thể cao hơn, nhưng sự chịu lực và độ bền sẽ làm giảm rung động. Quá trình rung
động sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Với một máy có kết cấu vững chắc, nó sẽ hấp
thụ những dao động này, đảm bảo máy sẽ thực hiện với công suất và độ chính xác cao nhất.
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

5


Luận văn tốt nghiệp

1.2.3. Hệ điều khiển
Hệ điều khiển là thành phần trung tâm của máy công cụ. Nó điều khiển quá trình chuyển
động, vị trí của các thành phần chuyển động trên máy, sao cho đạt được chính xác tối ưu về
thời gian cắt, tốc độ và chiều sâu cắt cần thiết. Sự kết hợp của dòng điện và hệ thống kĩ thuật
sẽ đưa ra sự điều khiển toàn diện từ nguồn cung cấp, thực hiện gia công chi tiết từ dữ liệu
CAD nhanh chóng, dễ dàng với độ chính xác được nâng cao và kết thúc quá trình gia công
với chi phí nhỏ nhất.

Hình 1.3: Hệ thống điều khiển máy phay CNC 5 trục
1.2.4. Bàn xe dao
Các nhà cung cấp máy công cụ phải tạo ra một bàn xe dao phù hợp với mỗi máy và có lợi
nhất về mặt công suất cũng như thuận lợi cho việc cắt gọt kim loại mà không ảnh hưởng đến
độ chính xác khi gia công. Độ cứng vững của bàn xe dao sẽ làm cho công suất của quá trình
cắt kim loại đươc được tăng lên. Những nhà chế tạo thiết kế các bàn xe dao cho phép chúng
chỉ điều khiển đài dao và chức năng phay.
1.2.5. Trục chính
Trục chính là thành phần có tính quyết định nhất trong máy công cụ. Một trục ổn định sẽ
hợp nhất với sự điều khiển của động cơ - quyết định độ cứng vững hệ thống, hệ thống bôi trơn
và nguồn điện cung cấp, đảm bảo độ chính xác và có thể đoán trước được năng suất của máy.
Như vậy, quá trình thiết kế trục và tối ưu tốc độ quay của trục chính sẽ mang lại quá trình cắt
gọt được tốt nhất và độ chính xác cao nhất cho máy.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

6


Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.4: Trục chính máy phay đứng
1.2.6. Nguồn (năng lượng)
Chắc chắn rằng các hãng cung cấp thiết kế, chế tạo và xây dựng nên tất cả các thành phần
của máy công cụ để hệ thống trong máy có thể phối hợp với nhau được tốt hơn. Bằng cách sử
dụng một nguồn năng lượng bạn có thể chắc chắn quá trình giao tiếp sẽ chính xác giữa bộ
điều khiển và động cơ và sự tự điều chỉnh của các thành phần trong hệ thống.
1.3. Hệ điều khiển CNC
Về thực chất thì các máy điều khiển theo chương trình số có nguyên lý chuyển động tạo
hình về cơ bản không khác gì với máy công cụ truyền thống, có nghĩa là về mặt thuật ngữ nó
cũng mang tên của các máy công cụ như máy tiện, máy phay đứng, máy phay nằm ngang,
máy mài… nhưng đã được số hóa và tin học hóa để có thể điều khiển các chuyển động công
tác của máy bằng các lệnh được đưa vào hệ thống CNC.
1.3.1. Hệ điều khiển điểm – điểm
Với loại máy này, trong quá trình gia công, người ta cho định vị nhanh dụng cụ đến tọa độ
yêu cầu và trong quá trình dịch chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực hiện việc cắt gọt. Chỉ
đến khi đạt được tọa độ theo yêu cầu nó mới thực hiện chuyển động cắt gọt, ví dụ khoan lỗ,

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

7


Luận văn tốt nghiệp

khoét, doa hoặc có thể làm những công việc khác ví dụ như ở các máy hàn điểm thì nó thực
hiện quá trình hàn và trên các máy đột, dập thì nó thực hiện việc đột, dập lỗ…
Ví dụ:
Khi gia công hai lỗ A và B có tọa độ xA, yA và xB, yB trong hệ tọa độ xOy, chúng ta có thể
điều khiển theo các các sau đây:
Trước hết, điều khiển dụng cụ dịch chuyển nhanh đến điểm A(xA, yA). Sau đó thực hiện
việc gia công lỗ A. Tiếp theo, sau khi đã dịch chuyển dụng cụ thoát khỏi lỗ đã gia công (đảm
bảo rằng việc dịch chuyển dụng cụ thực hiện được an toàn) sẽ tiếp tục dịch chuyển nhanh
dụng cụ đến đểm B (xB, yB) để gia công lỗ B. Quá trình dịch chuyển dụng cụ đến vị trí B có
thể thực hiện bằng 2 cách được biểu diễn trên hình 1.5.
Quỹ đạo dịch chuyển theo AA’CB song song với các trục Ox và Oy.
Quỹ đạo dịch chuyển theo đường thẳng tối ưu: ACB

Hình 1.5: Điều khiển điểm - điểm
1.3.2. Điều khiển đoạn thẳng
Ngoài chức năng dịch chuyển nhanh theo các trục tọa độ như ở điều khiển điểm, còn có
thể thực hiện việc gia công trong quá trình dịch chuyển theo các trục này. Điều đó có nghĩa là
dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động cắt gọt trong quá trình dịch chuyển song song theo các
trục tọa độ.
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

8


Luận văn tốt nghiệp

Ví dụ: Khi phay các bề mặt song song với các trục tọa độ hoặc khi tiện các chi tiết mà
dụng cụ cắt thực hiện các chuyển động cắt gọt theo phương trục z và trục x.

Hình 1.6: Điều khiển đoạn thẳng
1.3.3. Điểu khiển đường (tuyến tính, phi tuyến)
Ngoài các chức năng như điều khiển điểm và điều khiển đoạn thẳng, người ta còn có thể
điều khiển được dụng cụ chuyển động theo các đường bất kì trong mặt phẳng hoặc trong
không gian có thực hiện gia công cắt gọt. Tùy thuộc vào đường được điều khiển là phẳng hay
không gian mà người ta có thể bố trí số trục được điều khiển đồng thời là khác nhau. Từ đó
cũng xuất hiện thuật ngữ máy 2 trục, máy 3, 4, 5 trục (tức có số trục được điều khiển đồng
thời theo quan hệ ràng buộc).
Để chuẩn hóa việc sử dụng thuật ngữ, người ta thường sử dụng thuật ngữ máy điều khiển
2D, 2D1/2, 3D, 4D và 5D (Dimension).
1.3.3.1. Điều khiển 2D
Cho máy dịch chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng nhất định nào đó. Ví dụ như trên
máy tiện, dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt phẳng XOZ để tạo nên đường sinh như khi tiện
các bề mặt, trên các máy phay 2D, dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trong mặt phẳng
XOY để tạo nên các đường rãnh hay các mặt bậc có biên dạng bất kỳ.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

9


Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.7: Điều khiển 2D trên máy phay
1.3.3.2. Điều khiển 2D1/2
Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục đồng thời để tạo nên một đường cong
phẳng, còn trục thứ 3 được điều khiển chuyển động độc lập. Điều khác biệt của phương pháp
điều khiển này so với điều khiển 2D là ở chỗ 2 trục được điều khiển đồng thời có thể được đổi
vị trí cho nhau: có nghĩa là hoặc trong mặt phẳng xOy hoặc xOz hoặc yOz.

Hình 1.8: Điều khiển 2D1/2 trên máy phay
1.3.3.3. Điều khiển 3D
Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong 3 mặt phẳng đồng thời để tạo nên một đường
cong hay một mặt cong không gian bất kì. Điều này cũng tương ứng với quá trình điều khiển
đồng thời cả 3 trục của máy theo một quan hệ ràng buộc nào đó tại từng thời điểm để tạo nên
quỹ đạo của dụng cụ theo yêu cầu.
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

10


Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.9: Phay túi bằng điều khiển 3D
1.3.3.4. Điều khiển 4D, 5D
Trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1
chuyển động quay (hoặc 2 chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào đó theo một quan hệ
ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D.
Mặc khác, vì lý do công nghệ nên có những bề mặt không thể thực hiện được việc gia
công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ khác nhau hoặc sẽ có những điểm có tốc độ cắt bằng
không (như tại đỉnh của dao phay đầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ không thể thực hiện việc
gia công theo mong muốn (ví dụ như góc cắt không thuận lợi hay có thể bị vướng thân dao
vào các phần khác của chi tiết…).
Tóm lại tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy thích
hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và cần phải bổ sung thêm nhiều công cụ
khác như các phần mềm CAD/CAM hỗ trợ lập trình… Hơn thế nữa, máy càng phức tạp (càng
nhiều trục điều khiển) thì tính an toàn trong quá trình vận hành và sử dụng máy càng thấp (dễ
bị va chạm dao vào phôi và máy). Vì thế để sử dụng được các máy này, người điều khiển

trước hết đã sử dụng rất thành thạo các máy điều khiển theo chương trình số 2D và 3D.
Cũng dễ thấy là máy phức tạp hơn có thể hoàn thành đảm nhiệm được vài trò của máy
đơn giản hơn, ví dụ như máy 3D có thể đảm nhiệm cho máy 2D và 2D1/2.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

11


Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.10: Điều khiển 4D và 5D
1.4. Máy phay CNC 3 trục
Máy phay CNC 3 trục là một trong những loại máy phay cải tiến từ máy phay truyền
thống. Cũng như máy phay vạn năng, máy phay CNC 3 trục có khả năng di chuyển theo 3
phương x, y, z. Nhưng với sự kết hợp của điều khiển số làm tăng độ chính xác cho chi tiết cần
gia công, làm cho việc gia công các chi tiết trở nên hiệu quả hơn. Trục chính của máy nằm
theo phương song song so với bàn máy. Máy phay ngang có thể gia công được các chi tiết
lớn.

Hình 1.11: Máy CNC ngang 3 trục
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

12


Luận văn tốt nghiệp

Máy phay CNC đứng 3 trục: là máy phay có trục chính của máy thẳng đứng, vuông góc
với bàn máy. Linh hoạt trong điều khiển, thuận lợi cho gia công các chi tiết nhỏ, phức tạp.

Hình 1.12: Máy CNC đứng 3 trục
Máy phay giường CNC: là máy phay có trục chính linh hoạt, đầu dao có thể di chuyển
theo 2 hoặc 3 trục còn bàn máy đứng yên. Máy có thể gia công các chi tiết rất lớn.

Hình 1.13: Máy phay giường CNC
Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

13


Luận văn tốt nghiệp

1.5. Máy phay CNC 5 trục
Tiếp theo sự phát triển mạnh mẽ của máy phay CNC 3 trục là sự ra đời của máy CNC 5
trục. Làm cho khả năng gia công các chi tiết trở nên hoàn thiện hơn, khắc phục hầu như triệt
để những thiếu sót còn mắc phải ở máy phay CNC 3 trục.
Máy CNC 3 trục có khả năng điều khiển đường chạy dao phối hợp đồng thời 3 trục di
chuyển thẳng X-Y-Z, do đó được sử dụng để gia công các chi tiết có bề mặt tạo hình đơn
giản.

Hình 1.14: Biên dạng chi tiết trong gia công CNC 3 trục
Máy CNC 5 trục, ngoài chức năng như máy CNC 3 trục XYZ, được mở rộng 2 trục
chuyển động xoay trục x, y hoặc x, z hoặc y, z. Do đó có khả năng gia công các loại chi tiết
phức tạp với 1 lần gá đặt.

Hình 1.15: Hệ thống các trục của máy phay CNC 5 trục

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

14


Luận văn tốt nghiệp

Với khả năng xoay linh hoạt của mình máy CNC 5 trục đã tích hợp cho mình cả phương
pháp phay lẫn phương pháp tiện, khoan, các sản phẩm mà máy tạo ra dường như không giới
hạn về độ khó. Các mẫu mã sản phẩm trở nên đa dạng hơn, tinh vi hơn và phức tạp hơn.

Hình 1.16: Máy phay CNC 5 trục
1.6. Ưu, nhược điểm và ứng của máy CNC 5 trục
1.6.1. Ưu điểm
Máy CNC 5 trục có nhiều ưu điểm hơn so với máy 3 trục.
- Giảm số lần gá kẹp.
- Giảm được cắt lẹm khi gia công các chi tiết hình dạng phức tạp.
- Các điều kiện cắt tốt hơn, chính vì điều này dẫn đến ít mòn dao hơn.
- Chất lượng bề mặt tốt hơn.
Việc sử dụng dao phay đầu phẳng để gia công mặt cong sẽ giảm thời gian cắt rất nhiều.
Các chi tiết có thể được gia công chính xác bằng việc lựa chọn hợp lý góc định hướng tương
đối giữa phôi và máy khi gá đặt và bằng việc lựa chọn phương pháp gia công đúng đắn.
1.6.2. Nhược điểm
Tuy nhiên có một vài nhược điểm như sau:
-

Giá máy CNC 5 trục cao.

-

Cần bộ điều khiển CNC đủ mạnh.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

15


Luận văn tốt nghiệp

-

Việc thêm trục quay là nguyên nhân của việc gia tăng thêm sai số vị trí.

-

Tốc độ cắt cao hơn với cùng lượng tiến dao.

-

Việc lập trình chỉ có thể thực hiện được với sự hỗ trợ của hệ thống các công cụ lập

trình.
Hiện nay, lập trình gia công trên máy CNC 5 trục vẫn vô cùng phức tạp. Mô phỏng gia
công, vận hành và phát hiện va chạm vẫn còn là các vấn đề rất khó. Khi mua máy CNC 5 trục
cần phải tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡng phạm vi của sản phẩm cần phải gia công. Bởi vì cấu
trúc của mỗi một nhóm máy CNC 5 trục cụ thể chỉ phù hợp nhất với một dải sản phẩm cần gia
công cụ thể nào đó. Chẳng hạn các máy có bàn quay rất phù hợp để gia công các phôi tròn
xoay như máy ép. Tuy nhiên, đối với việc sản xuất các kết cấu lớn trong công nghiệp khí

động lực học, thì kiểu máy có một trục quay trên trục chính thường được ưa thích hơn.

1.6.3. Ứng dụng
CNC 5 trục ứng dụng để gia công các chi tiết phức tạp. Một số chi tiết gia công bằng máy
CNC 5 trục:

Tua-bin (Turbine)

Bộ biến đổi (Converter)

Cánh quạt (Blade)

May-ơ (Hub)

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

16


Luận văn tốt nghiệp

Bơm (Pump)

Giá đỡ (Bracket)

Hình 1.17: Một số sản phẩm gia công trên máy CNC 5 trục
 Kết luận chương 1:
Chương 1 đã giải quyết được các vấn đề sau:
-

Nêu lên được lịch sử hình thành và hướng phát triển máy công cụ CNC trong
tương lai.

-

Cấu tạo cơ bản của máy CNC và các hệ điều khiển.

-

So sánh sự khác nhau giữa máy phay CNC 3 trục và máy CNC 5 trục.

-

Nêu ra được ưu, nhược điểm và ứng dụng của máy phay CNC 5 trục.

Từ đó có cái nhìn tổng quát về máy công cụ CNC cũng như hiểu rõ các ưu điểm quan trong
của máy pháy CNC 5 trục, làm cơ sở để nghiên cứu sâu hơn về máy phay CNC 5 trục ở
chương sau.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

17


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CNC 5 TRỤC
2.1. Hệ trục toạ độ trên máy CNC 5 trục

Các trục trên máy CNC được xác định như sau:

Hình 2.1: Hệ trục tọa độ trên máy CNC
-

Trục Z: trục Z luôn song song với trục chính của máy.

-

Trục X: Trục X là trục nằm trên mặt bàn máy và thông thường nó được xác định

theo phương nằm ngang. Chiều của trục X được xác định theo quy tắc bàn tay phải (ngón cái
chỉ chiều dương của trục X).
-

Trục Y: Sau khi xác định được các trục X, Z chúng ta xác định trục Y theo quy tắc

bàn tay phải (ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y).
-

Các trục quay quanh các trục X, Y, Z được ký hiệu là A, B, C. Chiều quay dương

là chiều quay theo chiều của kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dương của các trục X, Y, Z.
-

Các trục tịnh tiến song song với trục X, Y, Z được ký hiệu là U, V, W.

Khi nói đến máy CNC 5 trục là nói đến các máy CNC 5 bậc tự do: 3 trục tịnh tiến ký hiệu
là X, Y, Z (ký hiệu là TTT) và 2 trục quay A, B hoặc A, C hoặc là BC (ký hiệu là RR). Với
các trục như vậy, có thể thực hiện đa dạng các kỹ thuật cắt như cắt bằng dao cầu, dao đầu

phẳng và dao đầu phẳng bo tròn. Do vậy, quá trình cắt sẽ linh hoạt hơn, độ chính xác cao hơn
và thời gian gia công giảm, đặc biệt khi gia công các chi tiết phức tạp như tuabin áp lực,
khuân dập vỏ ôtô,...

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

18


Luận văn tốt nghiệp

Các tổ hợp máy CNC có khá nhiều cấu hình khác nhau. Dựa vào cách bố trí các trục quay của
máy có thể phân loại được máy CNC 5 trục.
 Phân loại máy CNC 5 trục
Dựa vào vị trí các trục quay, người ta có thể phân loại cấu hình CNC 5 trục như sau:
-

Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính.

-

Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy.

-

Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục chính.

2.1.1. Cấu hình 1: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính
 Ưu điểm

-

Có thể gia công các phôi có kích thước khá lớn.

-

Nếu thay đổi vị trí gá đặt phôi, chỉ cần hiệu chỉnh chương trình gia công bằng một

phép biến đổi đơn giản: chuyển đổi vị trí điểm zero khi bắt đầu gia công. Khi đó, các giá trị
tọa độ máy X, Y, Z trong chương trình NC chỉ phụ thuộc chiều dài dao.
 Nhược điểm
-

Dẫn động trục chính rất phức tạp.

-

Độ cứng vững hệ thống công nghệ thấp do hạn chế trong việc truyền lực qua các

trục quay trên chuỗi mang dao.
-

Thường không thực hiện được nội suy cung tròn trong mặt phẳng ngẫu nhiên và

chu trình khoan với góc định vị phôi bất kỳ.
-

Các loại máy CNC sử dụng cấu hình này thường được sử dụng khi gia công các

phôi có kích thước lớn, chẳng hạn như cánh máy bay.

 Các ứng dụng quan trọng của loại này
-

Tất các các loại phôi có diện tích rất rộng như cánh máy bay.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

19


Luận văn tốt nghiệp

Hình 2.2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính
2.1.2. Cấu hình 2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy
 Ưu điểm
-

Trường hợp trục chính nằm ngang, việc thoát phôi rất thuận lợi do ảnh hưởng của

lực trọng trường.
-

Trục dụng cụ trong quá trính gia công luôn song song với trục Z của máy. Do vậy

chu trình khoan có thể được thực hiện dọc theo trục Z của máy. Các chu trình gia công trên
các hướng nghiêng so với phôi luôn thực hiện trong mặt phẳng XY của máy có thể được thực
hiện trong chế độ gia công 3 trục đơn giản.
-

Việc bù chiều dài dao xảy trong suốt thời gian gia công như máy 3 trục.

 Nhược điểm
-

Kích thước phôi giới hạn.

-

Không gian làm việc thường nhỏ hơn so với máy 3 trục.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

20


Luận văn tốt nghiệp

-

Việc chuyển đổi các giá trị tọa độ (X, Y, Z, I, J, K) trong hệ tọa độ Đề-các của vị

trí dao cụ sang hệ tọa độ máy (X, Y, Z, A, B hoặc C) phụ thuộc vào vị trí tương đối của phôi
trên bàn máy.
 Các ứng dụng
-

Gia công điện cực cho các máy EDM.

-

Gia công các phôi chính xác.

-

Gia công các cánh tua bin và profin cho lốp xe, với phôi có hình dáng kích thước

nhất định quay theo chu kỳ các góc nào đó, cùng một chương trình gia công sẽ được lặp đi lặp
lại sau khi phôi tự động xoay đi một góc nhất định.

Hình 2.3: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

21


Luận văn tốt nghiệp

2.1.3. Cấu hình 3: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục
chính
Kết hợp được ưu điểm của 2 loại trên.

Hình 2.4: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục chính
2.2. Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục
2.2.1. Lập trình bằng tay
Đối với máy CNC 5 trục, việc lập trình bằng tay rất khó khăn, thường chỉ áp dụng cho chi
tiết đơn giản.

Người lập trình căn cứ vào bản thiết kế và viết chương trình gia công CNC. Trong nhiệm
vụ này, bản vẽ thiết kế kỹ thuật được gắn vào một hệ trục tọa độ Đề-các. Hệ tọa độ này gọi là
hệ tọa độ vật gia công. Sau đó người lập trình sẽ thiết lập quy trình gia công, lựa chọn dụng
cụ, xác định chế độ cắt,... Ngày nay, trên các tổ hợp gia công hiện đại, các bộ điều khiển còn
cung cấp các công cụ soạn thảo (edition tools), giao diện (interface), trợ giúp (help) để hỗ trợ
lập trình bằng tay (lập trình trực tiếp trên máy). Người dùng có thể gõ trực tiếp các câu lệnh
trên bàn phím với sự trợ giúp của phần mềm hệ thống đi kèm.

Nguyễn Thiện Tâm
MSSV: 21002860

22